Fraunhofer ISE demonstriert erfolgreich TOPCon-Solarzelle mit 24 Prozent Wirkungsgrad in M10-Format

Umstieg auf großflächige M10-Silizium-Wafer

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat als erstes europäisches Forschungsinstitut den Umstieg auf großflächige M10-Silizium-Wafer vollzogen. Eine TOPCon-Solarzelle erreichte auf Anhieb einen sehr guten Wirkungsgrad von 24,0 Prozent. Beim 20. Photovoltaik-Technologiebeiratstreffen des Fraunhofer ISE wurde dieses Ergebnis erstmals vorgestellt.

In der Photovoltaik-Industrie geht der Trend zu immer größeren Solarzellen: Während 2018 Wafer mit 156,75 Millimetern Kantenlänge noch 80 Prozent des Marktes ausmachten, dominiert mittlerweile das Waferformat mit einer Kantenlänge von 182 Millimetern – die quadratischen Solarzellen tragen den Handelsnamen M10. Solarmodule mit großem Zellformat sind nicht nur in den Herstellungskosten überlegen, sondern auch in Leistung und Effizienz. Große Photovoltaik-Unternehmen haben daher ihre Investitionen auf großflächige Wafer ausgerichtet.

Das Fraunhofer ISE hat mit der erfolgreichen Prozessierung von TOPCon-Solarzellen (Tunnel Oxide Passivated Contact) in seinem Technologie-Evaluationszentrum PV-TEC den Umstieg auf das neue Format vollzogen. „Wir freuen uns sehr, dass wir unsere Industriepartner nun dabei unterstützen können, mit diesem großflächigen Format ihre Technologieentwicklung zu optimieren oder ganz neu in die Produktion solcher Solarzellen einzusteigen“, erklärt Sabrina Lohmüller. Die Physikerin ist stellvertretende Leiterin der Abteilung Silizium- und Perowskit-Silizium Tandemsolarzellen und auch für das Qualitätsmanagement im PV-TEC verantwortlich.

Die hocheffiziente TOPCon-Zellarchitektur wurde am Fraunhofer ISE entwickelt und 2013 erstmalig mit Rekordwirkungsgrad präsentiert. In den letzten beiden Jahren wurde die Produktionskapazität weltweit massiv ausgebaut. 2024 werden TOPCon-Solarzellen laut der vom VDMA publizierten International Roadmap Photovoltaics bereits knapp 50 Prozent Marktanteil erreichen.

Die beim Photovoltaik-Technologiebeiratstreffen erstmals vor Industrievertretern und Fördermittelgebern präsentierte TOPCon-Solarzelle großen Formats ist vollständig am Fraunhofer ISE prozessiert worden. Die hocheffiziente, ungefähr 120 µm dünne Solarzelle wurde mit siebgedruckten Kontaktfingern metallisiert und im CalTeC am Institut für Solarenergieforschung in Hameln kalibriert.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Fraunhofer ISE metallisieren M10-Solarzellen auch mit galvanisch abgeschiedenem Kupfer.
„Mit dem ersten Los einen Wirkungsgrad von 24,0 Prozent zu erreichen, legt nahe, dass wir mit den nächsten Optimierungsschritten 25 Prozent übertreffen werden. Darüber hinaus schaffen wir damit ein Fundament für unser mittelfristiges Ziel in Richtung großflächigen siliziumbasierten Tandem-Solarzellen, mit einem Wirkungsgradpotenzial von weit über 30 Prozent“, blickt PD Dr.-Ing. Ralf Preu, Bereichsleiter Photovoltaik am Fraunhofer ISE voraus.