Photovoltaik-Produktion: Jülicher Wissenschaftler entwickeln neues Ätzverfahren für Silizium-Dünnschicht-Solarzellen

Wissenschaftler am Forschungszentrum Jülich haben ein neues Ätzverfahren für Dünnschicht-Solarzellen auf Basis von Silizium entwickelt, mit dem sich Lichteinfang und Wirkungsgrad durch raue Oberflächen der Kontaktschichten an Vorder- und Rückseite deutlich und gezielt verbessern lassen.

Etwa ein Drittel des Wirkungsgrads herkömmlicher Silizium-Dünnschicht-Solarzellen geht auf die Lichtsteuerung innerhalb der Zelle zurück. Die Siliziumschicht, die das Licht in Strom umwandelt, ist bei diesem Zellentyp nur etwa einen Tausendstel Millimeter dick. Das vereinfacht die Herstellung, führt aber auch dazu, dass Sonnenlicht bei einem einfachen Durchgang nur unvollständig aufgenommen wird.
Mit ihrer rauen Oberfläche reflektieren und streuen die neuen Oberflächen das Licht, so dass es in einem flacheren und damit günstigeren Winkel von Innen auf die Oberfläche zurückfällt. Im Idealfall wird das eingefangene Licht auf diese Weise so lange zwischen der lichtdurchlässigen Zinkoxidschicht vorne und der stark reflektierenden Rückseite hin und her geworfen, bis es vollständig absorbiert ist.

Elektrochemisches Ätzen lässt mehr Sonnenlicht in die Zelle
Üblicherweise kommen zum Aufrauen der Kontaktschichten rein chemische Ätzverfahren mit Salz- oder Flusssäure zum Einsatz. Es entstehen winzige kraterähnliche Strukturen. Mit bloßem Auge wirken sie leicht milchig. Wissenschaftler des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung (IEK-5) haben in einem erfolgreich abgeschlossenen Projekt der Deutschen Forschungsgemeinschaft nun einen Weg erschlossen, mit dem sich die hervorgerufenen Zufallsmuster auch gezielt beeinflussen lassen.
Sie kombinierten das klassische Verfahren mit einem so genannten elektrochemischen Ätzverfahren, bei dem zusätzlich eine elektrische Spannung zwischen Probe und Lösung angelegt wird. Die Reihenfolge der Schritte wirkt sich auf die sich ausbildende Oberflächentextur aus und lässt sich zur Anpassung der charakteristischen Merkmale nutzen.
Darüber hinaus zeigte sich, dass sich durch das elektrochemische Ätzen weitere, feine Strukturen überlagern, die die Durchlässigkeit des Frontkontakts im nahen Infrarotbereich verbessern – sodass mehr Sonnenlicht in die Zelle gelangt.