Neuartige hocheffiziente OECO Solarzellen mit beidseitiger Lichtnutzung

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1 Neuartige hocheffiziente OECO Solarzellen mit beidseitiger Lichtnutzung Prof. Dr. ehem. Leiter des niedersächsischen Instituts für Solarenergieforschung GmbH Hameln/Emmerthal (ISFH) Kontakt: Vortrag anläßlich des Bayern Innovativ Kooperationsforums Hocheffiziente Photovoltaik am 22. Februar 2006, General Electric Europe, Garching

2 Motivation Photovoltaik noch weit von der Wirtschaftlichkeit entfernt Grenzen der herkömmlichen Solarzellentechnologie Nur durch innovative Strukturen drastische Kostensenkung des Solarstroms erreichbar

3 Neuartige OECO-Hocheffizienz-Solarzelle Inhalt: Bedeutung eines hohen Wirkungsgrades Charakterisierung der OECO Zelle Technologie Ergebnisse für einseitige und beidseitige Nutzung Beispiele für bifaciale Anwendungen

4 Bedeutung eines hohen Wirkungsgrades für PV-Anlagen Elektr. Leistung = Wirkungsgrad x Fläche x Lichtleistungsdichte Erhöhung des Wirkungsgrades Geringerer Flächenbedarf Reduzierung aller flächenproportionalen Anlagenkosten Verringerung der Gestehungskosten photovoltaisch erzeugten Stroms

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6 Mehr Leistung mit weniger Silizium Neue Solarzellenstrukturen für Wirkungsgrade > 21% Kostengünstige neue Produktionsverfahren Alternative Silizium-Materialien Dünne Silizium-Scheiben Doppelseitige Nutzung Silizium auch auf lange Sicht?!

7 Entwicklung der Wirkungsgrade von Silizium-Solarzellen im Labor und in der Industrie Durch neue Technologien Erschließung des Bereichs über 20% für die Massenfertigung Steigerung des effektiven Wirkungsgrades bis über 30% durch doppelseitige Nutzung (bifacial)

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9 Die OECO Solarzelle Ökonomie und Ökologie im Einklang Rückseite mit Grabenstruktur und beide Kontakte an den Stegflanken Homogenes Erscheinungsbild Nutzung auch des auf die Rückseite fallenden Lichtes (bifacial) Potential für höchste Wirkungsgrade Einfache und umweltfreundliche Technologie

10 Innovative Prozeßschritte Erzeugung der Grabenstruktur auf der Rückseite. Kann mechanisch, durch Ätztechnik oder mit Laser erfolgen. Kontaktherstellung nach der neuen OECO-Technik (Obliquely Evaporated COntacts) durch Schrägaufdampfung im Vakuum. Optimale Passivierung der Oberflächen mit Plasma- Siliziumnitrid bei niedrigen Temperaturen ( C). Weltweit beste Oberflächenvergütung aufgrund langjähriger F&E.

11 Die OECO *) -Technik als neues wirtschaftliches Verfahren zur Metallisierung von Solarzellen Nutzt Prinzip der Selbstabschattung durch die Stege. Weder Masken noch Justierung erforderlich. Erstmals ausschließlich Aluminium statt teurem Silber für Solarzellen einsetzbar. Flache Emitter möglich, da kein Contact Firing. Vakuumkammer Metalldampf Solarzelle Hoher Anlagendurchsatz (sehr dichte Scheibenanordnung) *) Obliquely Evaporated COntacts: schräg aufgedampfte Kontakte

12 Herstellung beider Kontaktsysteme nach der OECO-Technik 1. Aufdampfung 1. Aufdampfung Silicium 2. Aufdampfung Silicium ϕ a ~ a sin ϕ poröses Al Kontaktfinger Kontaktfinger poröses Al ϕ Al-Dampf Al-Dampf

13 Automatisierung der Schrägaufdampfung Entwicklung einer automatisch bestückbaren Waferkassette zur Schrägaufdampfung von OECO Solarzellen Modul- und Systemtechnik (krist. Si)

14 Innovative Methoden und Verfahren zur Solarzellenherstellung Mechanische Oberflächenstrukturierung Grinding Schleifwalze tool Si Si-Wafer wafer Metallisierung durch Schrägbedampfung im Vakuum Niedertemperatur- Oberflächenpassivierung mit Siliciumnitrid Quelle Vacuum Vakuumtisch chuck Vakuumkammer Solarzelle

15 Ergebnis für Vorderseitenbeleuchtung der OECO Solarzelle Strom-Spannungskennlinie Wirkungsgrad η = 21.5% (unabhängig bestätigt von Fraunhofer ISE) Zukünftiges Potential bis 23 % Installation wie herkömmliche Solarzellen

16 Ergebnis für Vorder- und Rückseitenbeleuchtung der OECO Solarzelle Strom- Spannungskennlinien (unabhängig bestätigt von Fraunhofer ISE) Wirkungsgrad (Vorders.): 21.5% Wirkungsgrad (Rücks.): 17.7% Potential bis 23% Potential bis 20% Weltweit höchste Wirkungsgrade von industriell fertigbaren bifacialen Solarzellen (ohne Photolithograghie!) Durch zusätzliche Nutzung des auf die Rückseite fallenden Lichtes: Leistungserhöhung bis über 60% Effektiver Zellenwirkungsgrad bis über 30%

17 Bifacial-Modul vor diffus reflektierendem Hintergrund Mögliche Aufstellung von Bifacial-Modulen auf Flachdächern oder Freiflächen mit weißem Anstrich, Kies, Sand etc. als Hintergrund.

18 Bifaciale PV-Module vor weißer Wand

19 Senkrechte freistehende Anordnung von Bifacial- Modulen Beispiel: an Schallschutzwänden von Nord- Süd Autobahnen oder Eisenbahnstrecken

20 Mögliche Anwendungen für Photovoltaik-Module am Beispiel eines Bürogebäudes Quelle: Flabeg Solar, Köln

21 Bifaciales PV Fassadenelement Prinzipskizze Fassadenelement von innen Ein weisser halbdurchlässiger Vorhang befindet sich hinter dem Modul.

22 Solarnova Café Ambiente

23 Multifunktionale Sonnenschutzmarkise mit Bifacial- Solarzellen und weißem semitransparenten Reflektor von außen von innen

24 Bifacial-Solarzellen für Satelliten und Raumstationen Zusätzliche Nutzung des von der Erde diffus zurückgestreuten Lichtes (Albedo) Raumstation ISS

25 Ausblick Als weltweit einzigartig zeichnet sich die innovative OECO Solarzelle durch sehr hohe Wirkungsgrade sowohl bei einseitiger als auch in gesteigertem Maße bei beidseitiger Nutzung aus, wobei der Herstellungsprozess relativ einfach und industriell umsetzbar ist. Die Wirkungsgraderhöhung hat eine Reduzierung aller flächenproportionalen Kosten zur Folge mehr Leistung mit weniger Silizium sei nur als ein Beispiel genannt. Die OECO Zelle stellt somit einen bedeutenden Schritt hin zur Wirtschaftlichkeit des Solarstroms dar. Die Umweltfreundlichkeit bei Herstellung, Betrieb und Entsorgung dieses neuen Solarzellentyps bringt zudem Ökonomie und Ökologie in Einklang.

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