Er hemmt den Verlust freier Ladungsträger, indem er chemische Komplexe blockiert und Rekombination an den Oberflächen verhindert.

Dabei handelt es sich um Effekte, die die Projektpartner unter Koordination des Unternehmens Centrotherm innerhalb des Projekts Upgrade Si-PV grundlegend untersucht haben. „Wir haben hier zwei Projektideen zusammengeführt, die beide auf den Einsatz von Wasserstoff zurückzuführen sind“, erklärt Projektleiter Dr. Thomas Pernau: „Die Regeneration von Solarzellen und die Oberflächenpassivierung.“ Mittlerweile werden die Ansätze in verschiedenen Anschlussprojekten weiterverfolgt.

Ein direkt verwertetes Ergebnis zum Thema Regeneration  besteht in optimierten Regenerationsöfen. Hier kommt Wasserstoff zum Einsatz, um chemische Komplexe wie etwa Bor-Sauerstoff-Komplexe zu inaktivieren. Diese werden durch Licht aktiviert und können dazu führen, freie Ladungsträger zu zerstören. Inaktiv sind sie stattdessen harmlos. Im zweiten Projektansatz haben die Projektpartner wasserstoffhaltige Schichten dazu genutzt, die Zellen an den Oberflächen zu passivieren. Dort hindert Wasserstoff die freien Ladungsträger daran zu rekombinieren, wodurch sie verloren gehen würden. Dabei haben sie speziell an Verfahren für TOPCon-Solarzellen geforscht. TOPCon-Zellen nutzen statt Metallkontakten einen vollflächigen Rückseitenkontakt aus einer dünnen Siliziumschicht und ultradünnen Tunneloxiden. Durch diese können die Ladungsträger sozusagen hindurch „tunneln“.

Gezielt beschichten durch gezündetes Plasma beim PECVD-Verfahren

Um den Wasserstoff auf die Zellen zu bringen, haben die Projektpartner auf das PECVD-Verfahren gesetzt. Hierbei werden Schichten erzeugt, indem die Bestandteile gasförmig eingeleitet und aus diesem Gas abgeschieden werden. Im Unterschied zu thermisch aktivierten Beschichtungsverfahren wird bei der PECVD, kurz für „plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung“, ein Plasma gezündet – es arbeitet also mit geladenen Teilchen, die durch ein elektrisches Feld gelenkt werden können. „Das heißt, bei einer Solarzelle, die eine Vorder- und Rückseite hat, kann ich jede Seite speziell so machen, wie sie sein soll“, so Thomas Pernau. Es muss im Nachhinein keine parasitäre Schicht von der anderen Seite abgetragen werden, ein eingesparter Schritt in der Produktion. In den momentanen Überlegungen sei man jetzt dabei, dass man die TOPCon-Schicht in ihrer passivierenden und leitenden Wirkung nach hinten verlege, so Pernau: „Das heißt, die Solarzelle hat alle Kontakte auf der Rückseite und es gibt keine Störung der Lichteinkopplung auf der Vorderseite.“ Einen klaren Vorteil des optimierten PECVD-Verfahrens sieht er in der Bekanntheit bei den Zellherstellern: „Es sind fast die gleichen Maschinen, es sind die gleichen Prozessgase, die Hemmungen beim Anwender sind gering.“

Für den Einsatz von PECVD sieht Thomas Pernau gute Zukunftsperspektiven: „Eine weitere Sache, die ich kommen sehe, so in einem Bereich von drei bis fünf Jahren: Wir werden PECVD sogar lokal ausführen können. Es wird darauf hinauslaufen.“