Laser sorgt für billigeren Solarstrom. Effizientere Solarzellen dank neuen Fertigungsansätzen

Tausende Löcher pro Sekunde: Laser bohrt Siliziumwafer

Aachen (pte/30.05.2009/06:10) – Lasertechnik ist dazu geeignet, Solarstrom billiger und damit konkurrenzfähiger zu machen. Denn Laser ermöglichen es, die Herstellungskosten und Effizienz von Solarzellen zu optimieren. Ein wesentliches Augenmerk liegt dabei auf dem Einsatz in der Fertigung. So erlaubt das Durchlöchern von Siliziumzellen per Laser die Fertigung sogenannter EWT-Zellen (Emitter-Wrap-Through), die eine deutlich höhere Effizienz als klassische Siliziumzellen versprechen. An entsprechenden Lasersystemen wird am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT gearbeitet. Doch auch andere Anwendungen von Lasern für die Photovoltaik sind möglich, etwa die Laserdotierung. “Die EWT-Technologie lässt sich mit Laserdotierung kombinieren. Das sollte noch höhere Wirkungsgrade ermöglichen”, meint Arnold Gillner, Leiter der Abteilung Mikrotechnik am ILT, im Gespräch mit pressetext.

Gillners Team arbeitet an Lasersystemen, die für die Herstellung von EWT-Zellen zum Einsatz kommen soll. Auf der Laser World of Photonics Mitte Juni in München wird gezeigt, wie mehr als 3.000 winzige Löcher pro Sekunde in eine Siliziumzelle gebohrt werden. Doch die Forscher experimentieren weiter mit Laserquellen und optischen Systemen, um das noch zu übertreffen. “Unser Ziel ist es, die Leistung auf 10.000 Löcher pro Sekunde zu steigern”, sagt Gillner. Damit wäre der Ansatz ideal für die Produktion geeignet. Die 50 Mikrometer großen Löcher bieten einen großen Vorteil. ” Dadurch lassen sich die elektrischen Kontakte, die bisher auf der Oberseite der Zellen angeordnet waren, auf die Rückseite verlagern”, erklärt der Wissenschaftler.

Dank der Verlagerung von Kontakten auf die Rückseite entstehen EWT-Zellen, bei denen kein Elektrodengitter Licht an der Oberfläche absorbiert. So soll ein Wirkungsgrad von 25 Prozent erreicht werden – etwa ein Drittel mehr, als mit polykristallinen Siliziumzellen bislang erreichbar sind. Außerdem könnte es dadurch möglich werden, Solarzellen aus unreinerem, billigerem Silizium zu fertigen. “Es gibt keine mir bekannte andere Möglichkeit, EWT-Zellen zu realisieren”, sagt Gillner. Allerdings sei nicht auszuschließen, dass spezielle Dotierungstechniken zum Ziel führen könnten.

Das ILT koordiniert auch das europäische Projekt Solasys, das sich allgemein mit dem Einsatz von Lasern in der Photovoltaikproduktion beschäftigt. Unter anderem wird der Ansatz der Laserdotierung von Halbleitern verfolgt, da er ebenfalls eine gesteigerte Effizienz verspricht. Das Institut für Physikalische Elektronik der Universität Stuttgart beispielsweise hat – unabhängig vom Solasys-Projekt – Mitte Mai eine kristalline Siliziumsolarzelle vorgestellt, die einen Wirkungsgrad von 19 Prozent erreicht. Da eine derartige Laserdotierung die Steigerung auf eine ganz andere Art erreicht als der EWT-Ansatz, sollte die Kombination beider Ansätze theoretisch zu noch effizienteren Zellen führen.

Auch ohne Effizienzgewinne macht eine günstigere Solarzellen-Produktion die Energiegewinnung billiger. Entsprechend eröffnen sich weitere Möglichkeiten, wie Laser für günstigeren Solarstrom sorgen können. Beispielsweise wird im Rahmen von Solasys am selektiven Laserlöten von elektrischen Kontakten gearbeitet. Denn bisher werden Elektroden mechanisch auf die Zellen aufgedrückt und dann im Ofen erhitzt. “Dabei zerbrechen immer wieder Siliziumzellen”, sagt Gillner. Die Kontaktierung per Lasertechnik verspricht einen wesentlich geringeren Ausschuss in der Produktion, wodurch die Herstellungs- und somit letztendlich die Stromkosten fallen.