Neue Konzepte für monolithisch integrierte kristalline Siliziumsolarzellen
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Leistungsintensive Mobilgeräte der Informationstechnologie stellen ein neues und interessantes Anwendungsgebiet für Solarzellen-Minimodule dar. Wichtige Anforderungen an derartige Minimodule sind: · Ausgangsspannungen von mehreren Volt · höhere Wirkungsgrade als monolithisch integrierte amorphe Siliziumsolarzellen · kostengünstige Fertigung im Vergleich zu in Schindeltechnik verlöteten kristallinen Silizium (c-Si) Hochleistungssolarzellen · ausreichende Leistung auch bei geringen Beleuchtungsintensitäten · ästhetisches Erscheinungsbild. In der vorliegenden Arbeit wird ein neuer Zugang für monolithisch serienverschaltete c-Si Solarzellen basierend auf der kostengünstigen Siebdruck-Prozesstechnologie vorgeschlagen. Der leitfähige Wafer dient dabei nicht nur - wie im Fall der Dünnschichtsolarzellen - als Substrat, sondern als gemeinsame elektronische Basis aller Unterzellen. Die Herausforderung bei der Umsetzung derartiger 'Hochvoltzellen' ist vor allem ausreichend hohe Shuntwiderstände zu realisieren, da zusätzliche parasitäre Strompfade existieren. Experimentell wurden Hochvolt- und Referenzzellen unter Verwendung von 11 Ohmcm CZ Si hergestellt. Für die konventionellen Referenzzellen ohne Antireflexionsbeschichtung (ARC) ergaben sich Wirkungsgrade (eta) von 10,1 Die Werte der besten in dieser Arbeit gefertigten Prototyp-Hochvoltzellen sind: · 'Emitter-Wrap-Through-Design' (10 Unterzellen, Gesamtfläche 40 cm2, SiN ARC); eta = 10,6 (11,9 Apertur), Voc = 5,6 V, Rsh = 2000 Ohmcm2. · 'Metallisation-Wrap-Through-Design' (6 Unterzellen, Gesamtfläche 21 cm2, ZnS/MgF2 ARC); eta = 12,8, Voc = 3,5 V. Gegenüber zuvor publizierten Zellkonzepten (eta ca. 8) weisen die Hochvoltzellen neue Rekordwirkungsgrade für monolithisch integrierte c-Si Solarzellen auf, wobei Computersimulationen zeigen, dass weitere Steigerungen möglich sind. Gefördert durch die Fraunhofergesellschaft wurden die in dieser Dissertation entwickelten Hochvoltzellen 1999 international zum Patent angemeldet.
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The increasing number of power-intensive mobile telecommunication electronics represents a new and interesting market for solar cell mini-modules. Important prerequisites for suitable solar mini-modules are: · output voltages of several volts · efficiencies well above the present predominant amorphous silicon thin film solar cell arrays · low production costs compared to shingled high efficiency crystalline silicon (c-Si) solar cells · a sufficient device performance at low illumination intensities · a highly aesthetic appearance of the device. In this thesis new approaches are proposed for monolithically series-connected c-Si solar cells based on low cost screen-printing process techniques. Unlike in thin film solar cell devices the electrically conductive wafer serves in the 'high voltage (HighVo)' solar cell concept not merely as a substrate but also as the electronic base of the unit cells of the mini-module. The challenge in designing HighVo solar cells is to obtain a sufficient shunt resistance despite the introduced parasitic current paths. HighVo cells have been fabricated using 11 Ohmcm CZ Silicon wafer and an industrial type screen printing process. For conventional reference solar cells without an anti-reflection coating (ARC) the process resulted in a cell efficiency (eta) of 10.1 The performance parameters of the best prototype HighVo solar cells are: · Emitter-wrap-through-design (10 unit cells, total area 40 cm2, SiN ARC); eta = 10.6 (11.9 aperture), Voc = 5.6 V, Rsh = 2000 Ohmcm2. · Metallization-wrap-through-design (6 unit cells, total area 21 cm2, ZnS/MgF2 ARC); eta = 12.8, Voc = 3.5 V. Compared to previous published approaches (eta approx. 8) these results represent new record efficiencies for truly monolithically integrated c-Si solar cells. Computer simulations indicate that further improvements in efficiency should be achievable. Sponsored by the Fraunhofergesellschaft, a patent application for the HighVo solar cell was filed in 1999.
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KELLER, Steffen, 2000. Neue Konzepte für monolithisch integrierte kristalline Siliziumsolarzellen [Dissertation]. Konstanz: University of KonstanzBibTex
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