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Rekord für Jülicher Solarzellen

Jülich, 12. Februar 2021 - In Jülich entwickelte Solarzellen verzeichnen einen Rekord: 24,51 Prozent Wirkungsgrad. Damit sind sie in Deutschland die effizientesten Silizium-Solarzellen auf industrieller Wafergröße. Weltweit setzt sie das auf Platz 3, nach Solarzellen des gleichen Typs aus China und Frankreich, mit jeweils 25,1 und 24,6 Prozent Wirkungsgrad.

Knapp 25 Prozent klingt nicht nach viel. Allerdings, so Dr. Kaining Ding, Leiter der Arbeitsgruppe 'Silizium-Heterojunction-Materialien und -Solarzellen' des Jülicher Instituts für Photovoltaik: "Bei einem physikalischen Wirkungsgrad-Limit von 29,4 Prozent gibt es nicht viel, was man bei der Herstellung einer kristallinen Silizium-Solarzelle falsch machen darf." Und je näher man an dieses Limit kommt, desto aufwändiger ist eine weitere Erhöhung, da es immer schwieriger wird, den noch bleibenden Verlust weiter zu reduzieren.

"Man muss auch bedenken, dass unsere Gruppe hier am Institut 2014 gegründet wurde", so Kaining Ding weiter. "Damals kamen Silizium-Heterojunction-Solarzellen nur auf einen Wirkungsgrad von 19 Prozent und eine Fläche von einem Quadratzentimeter. Wirkungsgrad und Zellgröße wurden seitdem ständig verbessert. Unseren Rekord haben wir auf einer industriellen Wafergröße von 244,53 Quadratzentimeter aufgestellt."

Die Silizium-Heterojunction (SHJ)-Zelle ist ein relativ neuer Typ von kristallinen Solarzellen, mit einem höheren Wirkungsgrad als der derzeitige Standard – kristallines Silizium mit sogenannter PERC-Technologie, der gegenwärtig über 95 Prozent des gesamten Photovoltaik-Marktes ausmacht. "Die SHJ-Technologie ist weltweit auf dem Vormarsch und wird sehr wahrscheinlich in Zukunft die derzeitige PERC-Technologie ablösen", so Kaining Ding. In Deutschland gibt es zwei neue Produktionsstätten für SHJ-Solarzellen – Oxford PV und Meyer Burger. Sie sind derzeit auch die einzigen Firmen in Deutschland, die kristalline Silizium-Solarzellen herstellen können.

Neben ihrem hohen Wirkungsgrad haben SHJ-Zellen noch weitere Vorteile: Sie lassen sich energiesparend herstellen, sind leistungsstabil auch bei höheren Umgebungstemperaturen – und sie sind biegsamer – diese Flexibilität macht sie besonders geeignet für integrierte PV-Anlagen, wie beispielsweise auf Gebäuden und Fahrzeugen.

Produktionsstrecke für kristalline Silizium-Solarzellen Produktionsstrecke für kristalline Silizium-Solarzellen im Labor des Jülicher Instituts für Photovoltaik. Hier werden Wafer in der Nasschemieanlage (rechts) gereinigt und texturiert und anschließend in einer plasma-unterstützten Gasphasenabscheidungsanlage (links) mit sehr dünnen Siliziumschichten funktionalisiert.
Copyright: Forschungszentrum Jülich / Ralf Uwe Limbach

"24,51 Prozent ist weltweit der höchste erreichte Wirkungsgrad auf einer nicht-industriellen Anlagen-Plattform", sagt Kaining Ding. In industriellen Anlagen lassen sich sehr viele Zellen auf einmal produzieren: Das macht den Herstellungsprozess effizienter und einfacher zu optimieren. "Daher sind wir besonders stolz darauf, dass es uns gelungen ist, mit unseren vergleichsweise geringen Mitteln diesen Rekord-Wirkungsgrad zu erreichen."

Die Jülicher Forscher hoffen, den Wirkungsgrad ihrer Solarzelle bald noch weiter zu erhöhen. Sie konzentrieren sich außerdem auf die Entwicklung von Modulen und deren Integration in verschiedene Anwendungen und Umgebungen: Fahrzeuge, Gebäude, Ackerland, und auch schwimmende Solaranlagen. "Wir arbeiten daran, die Integration von Photovoltaik-Anlagen in alle Bereiche des öffentlichen Lebens möglich zu machen", so Kaining Ding. „Nur so können wir die Klimaziele des Pariser Abkommens erreichen und zugleich in Deutschland und Europa eine leistungsfähige Solarindustrie aufbauen.“

Weitere Informationen:

Abteilung "Silizium-Heterojunction Solarzellen und -Module"

Ansprechpartner:

Dr. Kaining Ding
Leiter der Arbeitsgruppe "Silizium-Heterojunction-Materialien und Solarzellen"
und der Abteilung "Silizium-Heterojunction-Solarzellen und -Module"
Institut für Energie- und Klimaforschung, Photovoltaik (IEK-5)
Tel.: 02461 61-1604
E-Mail: k.ding@fz-juelich.de