Produktionsprozesse

1. Polysilizium: Quarzsand mittels Lichtbogenofen-> Reinigung-> Siemens-Verfahren

2. Kristallzucht: monokristalline, runde, leicht p-dotierte Kristalle

3. Pseudoartig zurechtschneiden -> bessere Flächenausnutzung

4. Trennung mittels Diamant-Draht zu Waferscheiben von 180qm

1. Texturierung: der p-type (mit Gallium) Silizium-Wafer

2. n-Dotierung: mit Phosphor der obere Bereich (negativ leitendes Gebiet)

3. AR- und Passievierungsbeschichtung: (Siliziumnitrid)

   1. Brechungsindex von 2 optimal (für 600nm ausgelegt, da Strahlungsmaximum des Sonnenspektrums)

   2. Starker Elektronen-Spiegel gegen Oberfächenrekombination aufgrund des hohen Potenzials

4. Frontkontakte werden angebracht:

   1. Durch AR/Pass-Schicht

   2. führt zur vermehrten Oberflächenrekombination, da mehr Störstellen in Bandlücke aufgrund von mehr nicht abgesättigten Bindungen im Gitter (dangling bonds)

5. Selektiv höhere n++Dotierung unter Kontakten:

   1. Oberflächenrekombination durch Frontkontakte entgegen wirken

   2. Mehr Phosphor mittels Laser

   3. Elektrisches Feld hält Löcher fern und begünstigt Elektronenrutsche (Drift)

6. Passivierungsschicht an Rückkontakt (Siliziumnitrid oder -oxid)

   1. Starker Speigel für Elektronen und Löcher (hohes Potenzial)

7. Aluminium-Rückkontakte durchstoßen Passivierungsschicht

   1. Ohne p+Dotierung auch vermehrte Oberflächenrekombination

8. Selektiv höhere p+Dotierung über Kontakten

   1. Elektrisches Feld hält Elektronen zurück und schickt sie richtung pn Übergang

   2. Löcher gelangen besser zu Kontakten

-> ab 2019 Stand der Technik löst Al-BSF ab und ermöglicht bifaziale Modulbauweise

Der Laminator ist eine Anlage, die aus zwei Kammern besteht. Die obere Kammer ist an der Unterseite mit einer Membran verschlossen und trennt die obere von der unteren Kammer. Die untere Kammer kann beheizt oder gekühlt werden.

1. Ein Sandwich aus Glas - EVA - Solarzelle - EVA und Rückseitenfolie wird in einen Laminator eingeführt.

2. In einem zweiten Schritt wird der Laminator mit dem Sandwich im Inneren geschlossen und das Vakuum wird sowohl aus der oberen als auch aus der unteren Kammer gezogen.

3. In einem dritten Schritt wird die untere Kammer erhitzt, wodurch der Vernetzungsprozess im EVA beginnt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird die obere Kammer mit Luft belüftet, während die untere Kammer unter Vakuum bleibt. Dies hat zur Folge, dass ein Druck von 1 bar auf die Membran wirkt. Dadurch wird das Sandwich gepresst. Dadurch können Blasen, die sich während des Vernetzungsprozesses bilden, aus dem Laminat entweichen.

4. Abschließend wird der Laminator abgekühlt und hinterlässt ein Laminat mit transparentem EVA, das je nach Dauer und Temperatur des Heizschritts mehr oder weniger vernetzt ist.

Alle drei diskutierten Dünnschichttechnologien (a-Si/µc-Si, CdTe oder CIGS) ermöglichen eine elektrische Serienschaltung bei der Produktion von Dünnschichtmodulen.

Am Beispiel: CIGS.

1. Mo-Abscheidung durch Sputtern auf Glas. (Molypdän)

2. Auf diesen Schritt folgt eine erste Laserritzlinie. Der Laser trägt das Mo als gerade Linie ab, die Linienbreite liegt unter 100µm.

3. Als dritter Schritt erfolgt die Halbleiterabscheidung, in diesem Fall CIGS. Dies geschieht heutzutage in der Regel durch Sputtern von aufeinanderfolgenden Schichten aus Cu, Ga und In auf die Mo-Oberfläche. Der CIGS-Halbleiter bildet sich erst nach einem schnellen thermischen Verarbeitungsschritt in Se- und Schwefelatmosphäre.

4. Als Nächstes wird eine Laser- (oder mechanische) Ritzlinie parallel und neben der Ritzlinie in Mo positioniert.

5. Dieser fünfte Prozess ist die Abscheidung einer TCO-Schicht (in der Regel ZnO) auf dem Halbleitermaterial.

6. Der letzte Prozessschritt ist eine dritte Ritzlinie, die parallel zu den beiden anderen Ritzlinien verläuft und etwas Platz zwischen den Linien lässt. Mit dieser Anordnung lassen sich Solarzellen herstellen und in Reihe schalten.

   
   

Wenn wir nun eine Vorwärtsspannung an das Solarmodul anlegen, also eine negative Spannung an das n-Typ TCO und eine positive Spannung an den Mo-Rückkontakt des p-Typ CIGS,

KLICK2, fließt ein Strom, wie durch die Pfeile angedeutet, wobei immer der Weg mit dem geringsten Widerstand gesucht wird.

Da der TCO-Vorderkontakt der linken Solarzelle direkt mit dem Mo-Kontakt der rechten Solarzelle verbunden ist, haben wir eine Reihenschaltung. In diesem Bild fließt der Strom über den n/p-Heteroübergang trice KLICK3, wodurch sich die Spannung verdreifacht. Da die Zellen recht schmal sind, erlauben sie niedrige Ströme und hohe Spannungen - das hilft, hohe ohmsche Verluste im Solarmodul zu vermeiden.

Der geringere Materialverbrauch und die einfachere Verarbeitung im Vergleich zu kristallinem Si ermöglichen niedrigere Produktionskosten im Falle von Dünnschichtmodulen und €/m², aber auch in €/Wp.