ECN



woensdag 16 april 2008 10:31

Beter rendement met nieuw type silicium zonnecel

Petten - Onderzoekers van het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN)
hebben een eenvoudige methode ontwikkeld om het rendement van kristallijn
silicium zonnecellen met 6 % te verhogen, relatief gezien. Ze gebruikten een
ander type silicium en slaagden erin de elektrische verliezen aan de
voorkant van de cellen sterk te verminderen. Dit maakt een nieuwe generatie
industriële zonnecellen mogelijk.

Kristallijn silicium zonnecellen worden op dit moment hoofdzakelijk
gemaakt van p-type silicium plakken (wafers). Silicium is een
zogenaamde halfgeleider die in twee varianten wordt gemaakt. De
deeltjes in het silicium die de lading geleiden (de 'ladingsdragers')
zijn positief dan wel negatief. De positief geladen deeltjes ontstaan
wanneer het silicium met een klein beetje boor wordt vermengd. Dat
levert het zogenaamde p-type silicium op. De negatief geladen deeltjes
ontstaan wanneer het silicium licht vermengd wordt met fosfor,
waardoor het n-type silicium ontstaat. Onderzoekers van ECN hebben
aangetoond - en daarover gepubliceerd - dat aanzienlijk hogere
celrendementen bereikt worden als de zonnecellen van plakken van het
n-type silicium worden gemaakt, en vervolgens volgens een speciaal
procédé worden bewerkt (zie onder). Zij gebruikten in hun onderzoek
goedkope fabricagestappen die ook binnen het normale industriële
productieproces worden gebruikt, zoals zeefdrukken van
metaalcontacten.

Groot rendementsvoordeel
Daarnaast ontwikkelden de onderzoekers een nieuwe, eenvoudige en
gepatenteerde methode om elektrische verliezen aan de voorzijde van de
n-type zonnecellen sterk te verminderen. Dat gebeurt door het
passiveren van het oppervlak waar het licht op valt. Hiermee wordt
voorkomen dat ladingsdragers aan het oppervlak verdwijnen
('recombineren') en daardoor niet meer aan de elektrische stroom uit
de zonnecel bijdragen. Met de nieuwe technologie blijven meer
ladingsdragers behouden, waardoor het celrendement toeneemt.

Het rendement is verschillend per type plak. Voor n-type cellen die
zijn gemaakt van monokristallijne plakken is het rendementsvoordeel
ten opzichte van de huidige p-type cellen groot: ongeveer 1% absoluut.
Hierbij wordt een fabricageproces gebruikt dat vergelijkbaar is in
kosten en complexiteit met het normale p-type proces. (De getallen
zijn gebaseerd op een vergelijking binnen ECN). Dit voordeel lijkt
misschien niet groot, maar bij het tot nu toe gebruikelijke
omzettingsrendement van zonnecellen van 15 tot 17%, levert een toename
van één procent absoluut, een relatieve winst op van 6%. Voor n-type
cellen die zijn gemaakt van multikristallijne plakken hangt het
voordeel af van de kwaliteit van de plak. Het lijkt erop dat het
voordeel vergelijkbaar met dat van monokristallijne plakken is.

Op de monokristallijne cellen werd een maximaal rendement van 18,3%
bereikt (17,9% gemiddeld). Op multikristallijne plakken werd 16,4%
bereikt. In beide gevallen gebruikten de onderzoekers normale
industriële plakken met een grootte van 125 mm.

Hoger rendement uit minder zuiver materiaal
Paul Wyers, manager van de ECN unit Zonne-energie, over de voordelen:
Wij zijn van mening dat n-type celtechnologie belangrijke voordelen
biedt voor commerciële zonnecelproductie. Bijvoorbeeld doordat je
hogere rendementen kunt behalen met minder zuiver materiaal. Dat kan
belangrijk zijn voor bedrijven die nieuwe siliciumgrondstof gaan
gebruiken van lagere kwaliteit, en dus goedkoper materiaal. Maar er
zijn ook generieke voordelen voor deze celtechnologie, relevant voor
iedere kwaliteit silicium en plak, zoals de betere omzetting van
zonlicht met korte golflengtes in elektriciteit. Daarom hebben
industriële n-type cellen, gebaseerd op eenvoudige goedkope
productiemethoden zoals zeefdrukken, de potentie uit te groeien tot
een belangrijke nieuwe categorie op de zonne-elektriciteit-markt.

Omdat het fabricageproces gebaseerd is op dezelfde soort
procesapparatuur zoals momenteel in gebruik is voor p-type silicium
cellen, kan het proces snel in de industrie geïmplementeerd worden. In
principe zelfs met kleine aanpassingen in bestaande productielijnen.
ECN is van plan door de verdere ontwikkeling van verschillende typen
zonnecellen deze technologie op de korte en middellange termijn
geschikt te maken voor de markt.

Achtergrond
Zonnecellen zorgen ervoor dat (zon)licht direct omgezet wordt in
elektriciteit. Deze vorm van energieomzetting wordt gezien als een van
de belangrijkste toepassingen voor de toekomstige wereldwijde
energiehuishouding. Op dit moment is in Nederland de elektriciteit uit
zonnecellen ongeveer twee keer zo duur als de consumentenprijs van
elektriciteit uit het net. Het onderzoek van ECN richt zich op het
verlagen van de kosten van zonnestroom door het verbeteren van het
omzettingsrendement van de cellen en het gebruik van goedkopere
materialen.

Artikel:
ECN-wetenschapper Valentin Mihailetchi et al., Appl.Phys. Lett. 11
February 2008, Volume 92, Issue 6, page 063510. De publicatie kan
worden gedownload via de ECN-website,
http://www.ecn.nl/publications/default.aspx?nr=ECN-W--08-007

Afbeelding:

Dit is de dwarsdoorsnede van het principe van de nieuwe zonnecel. De
gepatenteerde doorbraak is bereikt op de groene laag (dubbelfunctie
als antireflectie coating en passiverende laag). De
halfgeleider-polariteiten (n voor de plak, p+ voor de emitter) vormen
het fundamentele verschil met 'normale' silicium zonnecellen waarin de
plak p is en de emitter n+.

---

---