Eine erschwingliche und skalierbare Strategie zur Herstellung effizienter Silizium-Heterojunction-Solarzellen

Feature vom 31. August 2023

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von Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Silizium-Heterojunction (SHJ), Solarzellen, die auf einem Heteroübergang zwischen Halbleitern mit unterschiedlichen Bandlücken basieren, gehören zu den vielversprechendsten Photovoltaik-Technologien. Bisher haben diese Zellen bemerkenswerte Leistungsumwandlungseffizienzen und gute Betriebsstabilitäten gezeigt.

Trotz ihres großen Potenzials und ihrer bemerkenswerten Vorteile basieren SHJ-Solarzellen typischerweise auf seltenen und teuren Materialien, was ihren breiten Einsatz einschränkt. Darüber hinaus ist ihre Herstellung häufig nicht mit bestehenden Herstellungsverfahren kompatibel, was ihre Produktion in großem Maßstab zusätzlich erschwert.

Ein Forscherteam von Suzhou Maxwell Technologies Co., der Nankai University und anderen Instituten in China hat kürzlich eine neue Design- und Fertigungsstrategie vorgestellt, die die Kosten der SHJ-Solartechnologie senken könnte, ohne deren Effizienz drastisch zu verringern. In einem in Nature Energy veröffentlichten Artikel stellte das Team vielversprechende Ergebnisse vor, die mit Solarzellen erzielt wurden, die mit der von ihnen vorgeschlagenen Strategie hergestellt wurden.

„Das begrenzte Angebot an seltenem Indium und die hohen Kosten für Silberpaste gehören zu den größten Problemen, mit denen SHJ-Solarzellen konfrontiert sein werden“, schreiben Cao Yu, Qiaojiao Zou und ihre Kollegen in ihrer Arbeit. „Um das Hindernis transparenter Elektroden auf Indiumbasis für effiziente SHJ-Solarzellen zu überwinden, haben wir durch Sputtern bei Raumtemperatur erfolgreich kostengünstige und massenproduzierbare Elektrodenmaterialien aus undotiertem Zinnoxid (SnOx) hergestellt.“

Yu, Zhou und seine Kollegen konnten mithilfe einer hochskalierbaren Abscheidungstechnik, die mit bestehenden Produktionsverfahren kompatibel ist, neue transparente Elektroden (d. h. wesentliche Komponenten von SHJ-Solarzellen) auf Basis von undotiertem SnOx herstellen. In ersten Tests wurde festgestellt, dass diese Materialien äußerst vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, was sich in einer hervorragenden Leistung der Solarzellen des Teams niederschlug.

„Unter Ausnutzung des natürlichen Sauerstofffehlstellendefekts erreichten die Ladungsträgermobilität und der spezifische Widerstand der vorbereiteten Materialien 22 cm2 V−1 s−1 bzw. 2,38 × 10−3 Ω cm“, schrieben Yu, Zou und ihre Kollegen in ihrer Arbeit.

„Die SHJ-Solarzelle mit einer undotierten SnOx-Fronttransparentelektrode zeigte einen Wirkungsgrad von 24,91 %. Darüber hinaus weisen SnOx-Filme eine ausgezeichnete chemische Stabilität auf und können der Korrosion durch Säure- und Alkalilösungen während Galvanisierungsprozessen standhalten. Schließlich SHJ-Solarzellen mit plattierter Kupferelektrode und.“ Es wurden halbierte doppelseitige transparente Elektroden auf Indiumbasis hergestellt und ein zertifizierter Wirkungsgrad von 25,94 % (Gesamtfläche 274,4 cm2) erreicht.“

Die jüngste Arbeit dieses Forscherteams unterstreicht die Aussicht auf die Verwendung von undotiertem SnOx als Alternative zu Indium und Silber zur Herstellung transparenter Elektroden für SHJ-Solarzellen. Ihre vorgeschlagene Designstrategie scheint die Effizienz von Solarzellen beizubehalten und gleichzeitig die Kosten und den Aufwand für ihre Herstellung erheblich zu reduzieren.

Die jüngsten Erkenntnisse der Forscher könnten bald weitere Studien inspirieren, die das Potenzial der von ihnen hergestellten transparenten Elektroden oder von Elektroden auf Basis anderer ähnlicher Materialien untersuchen. Zusammengenommen könnten diese Bemühungen die groß angelegte Produktion und Kommerzialisierung von SHJ-Photovoltaik erleichtern, die bislang vielversprechend, aber schwer zu skalieren ist.

Mehr Informationen: Cao Yu et al., Siliziumsolarzelle mit undotierter transparenter Zinnoxidelektrode, Nature Energy (2023). DOI: 10.1038/s41560-023-01331-7.

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