Verfahren der Universität Konstanz verhindert Leistungseinbußen bei Silizium-Solarzellen schon bei der Herstellung

Die Universität Konstanz investierte zehn Jahre Forschungs- und Entwicklungsarbeit in ein Verfahren, das die Leistungseinbußen von Solarzellen bereits bei der Herstellung verhindert. Der Degradationsverlust von einem Prozent absolut werde dadurch fast vollständig aufgehoben.

Das Technologie Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen ist im Auftrag der Universität mit der weltweiten wirtschaftlichen Umsetzung dieser zukunftsweisenden Technologie beauftragt.
In den vergangenen zehn Jahren wurde der Wirkungsgrad von Solarzellen ständig verbessert. Vor rund 15 Jahren wandelten Solarzellen maximal rund 15 Prozent der Sonneneinstrahlung in Strom umgewandelt. Mittlerweile konnte der Wirkungsgrad auf ca. 20 Prozent gesteigert werden.
Dieser Wirkungsgrad wird allerdings nur mit monokristallinen Solarzellen erreicht. Diese werden überwiegend nach dem Czochralski(Cz)-Verfahren hergestellt, das gängigste Verfahren, mit denen monokristalline Solarzellen für den Weltmarkt hergestellt werden.
Allerdings gibt es bei diesen Cz-Solarzellen unter Betriebsbedingungen den so genannten Effekt der Licht-induzierten Degradation (LID), infolge dessen der Wirkungsgrad einer Solarzelle aus Cz-Silizium innerhalb weniger Stunden unter Sonnenbestrahlung deutlich sinkt. Je nach verwendetem Material und Herstellungsprozess kann dies mehr als ein Prozent absoluten Wirkungsgradverlust ausmachen.

Degradations-Effekt umkehren bzw. rückgängig machen
Forscher der Abteilung für Photovoltaik der Universität Konstanz haben bereits 2006 eine Methode präsentiert, diesen Degradations-Effekt umzukehren bzw. rückgängig zu machen.
Das von Axel Herguth, Svenja Wilking und Professor Giso Hahn über die Jahre weiter entwickelte und optimierte Verfahren lässt sich problemlos in bestehende Fertigungsprozesse integrieren, betont die Universität.
Dabei machten sich die Wissenschaftler zunutze, dass degradierte Solarzellen sich regenerieren lassen, wenn die Zellen bei Temperaturen über 100 Grad beleuchtet werden. Alternativ kann die Regeneration auch ohne Beleuchtung durch Anlegen einer Spannung erreicht werden.
Das Verfahren kann zu verschiedenen Zeitpunkten im Fertigungsablauf integriert werden, bei Solarzellen beispielsweise direkt nach dem Ko-Feuerungsschritt in der Produktionslinie oder auch separat am Ende des Herstellungsprozesses.
Denkbar ist auch, dass die Regeneration erst bei fertigen Modulen angewendet wird.
Das wirtschaftliche Potenzial der Regeneration ist enorm: Wird der Degradationsverlust von einem Prozent absolut dadurch fast vollständig aufgehoben, bedeute dies einen Ertragsgewinn bezogen auf die zusätzliche Leistung von zirka fünf Prozent, bei einer 100 MWp-Linie also deutlich über eine Million Euro pro Jahr.
„Damit ist der Return of Invest innerhalb weniger Monate gewährleistet, was die wirtschaftliche Attraktivität und die industriellen Einsatzchancen dieser wegweisenden Technologie enorm erhöht“, führt Professor Hahn aus, der die Photovoltaik-Aktivitäten an der Universität Konstanz leitet.
Patente für das Verfahren und den Regenerationsofen wurden in den wichtigsten Industrienationen und Regionen wie USA, Europa und China bereits erteilt. Inzwischen werden erste Anlagen mit dem patentierten Verfahren auch in der Produktion eingesetzt.
Allerdings dürfte es inzwischen auch eine Reihe von Nachahmer-Produkten auf dem Markt geben. „Die Patente der Universität Konstanz hier durchzusetzen wird unsere Hauptaufgabe der kommenden Jahre“, meint dazu Dr.-Ing. Hubert Siller, der zuständige Innovationsmanager bei TLB.