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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-68322
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/6832/


Clement, Florian

Die Metal Wrap Through Solarzelle - Entwicklung und Charakterisierung

The metal wrap through solar cell - developement and characterisation

Dokument1.pdf (6.323 KB) (md5sum: ff902dc25446ee816c54bb8b9dcda704)

Kurzfassung in Deutsch

Das Thema der Arbeit ist die Entwicklung und Optimierung der metal wrap through (MWT-) Solarzelle. Dabei steht die Entwicklung eines Herstellungsprozesses für MWT-Solarzellen im Vorder¬grund, der im Vergleich zum Herstellungsprozess konventioneller Solarzellen nur einen geringen Mehraufwand erfordert, gleichzeitig aber zu einer signifikanten Steigerung des Wirkungsgrades von MWT-Solarzellen gegenüber konventionellen Solarzellen führt. Letzterer Gesichtspunkt war eine der primären Herausforderungen dieser Arbeit. Hierzu wurden MWT-Solarzellen detailliert analysiert und charakterisiert, Verlustmechanismen aufgezeigt sowie Verbesserungsmöglichkeiten evaluiert und auf den Solarzellenprozess übertragen. Des Weiteren wurde der Verschaltungsprozess der MWT-Solarzelle im Modul untersucht, mit dem konventionellen Modulaufbau verglichen und vor allem im Hinblick auf serielle Widerstandsverluste optimiert.
Für MWT-Solarzellen wurde ein dem konventionellen Herstellungsprozess sehr ähnlicher Prozess entwickelt, welcher lediglich zwei zusätzliche Laserprozesse zur Erzeugung von Löchern und zur rückseitigen Isolation der Kontakte sowie einen zusätzlichen Siebdruckprozess zur Durchkontaktierung erfordert. Es konnte gezeigt werden, dass der zusätzliche Siebdruckprozess ohne signifikante Effizienzverluste eingespart werden kann, wenn die Durchkontaktierung und der Druck der Lötkontaktflächen in einem Prozessschritt durchgeführt werden. Die Prozesskosten werden somit deutlich gesenkt. Des Weiteren wurde ein schneller und zuverlässiger Durchkontaktierungsprozess entwickelt und detailliiert charakterisiert. Darüber hinaus wurde zur Charakterisierung von MWT-Solarzellen ein Messblock konstruiert, geprüft sowie für die Kennlinienmessung kalibriert.
Für MWT-Solarzellen aus multikristallinem Silicium (mc-Si) konnte ein Wirkungsgradgewinn gegenüber der konventionellen Solarzelle von bis zu 0,5% absolut und maximale Wirkungsgrade von über 16,7% erreicht werden. Darüber hinaus konnte durch die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Modultechnologie für MWT-Solarzellen der Wirkungsgradvorteil gegenüber der konventionellen Technologie um weitere 0,3% gesteigert werden.
Die primären Verlustmechanismen der MWT-Solarzelle konnten evaluiert werden. Zum einen sind diese Rekombinationsverluste im Bereich der Durchkontaktierungen und der rückseitigen n-Kontakte, zum anderen laterale Widerstandsverluste in der Basis, die ebenfalls in den rückseitigen n-Kontaktbereichen auftreten. Darüber hinaus spielen im Beriech der rückseitigen Lötkontaktflächen Rekombinationsverluste aufgrund einer verminderten Rückseitenpassivierung eine entscheidende Rolle. Der Einfluss der Verlustmechanismen auf den Wirkungsgrad der MWT-Solarzelle konnte abgeschätzt und eine Reduktion der Verluste erreicht werden.


Kurzfassung in Englisch

This work focuses on the development and the optimization of the metal wrap through (MWT) solar cell. Primary goal of this work has been the development of an appropriate process flow for MWT solar cells, which generates only insignificant extra costs compared to the conventional process flow, however, achieves a significant efficiency increase for MWT cells compared to conventionally processed cells. The latter was one of the main challenges of this work. For this purpose MWT solar cells have been studied and characterized in detail. Loss mechanisms have been detected and improvements evaluated as well as transferred to the cell process. Furthermore, the assembling process for MWT solar cells in the module has been optimized focusing on less series resistance losses. A comparison with the conventional module assembling process is presented.
A process flow similar to the one for the conventional process has been developed for MWT solar cells. Merely two additional laser process steps for hole drilling and rear contact isolation as well as one screen printing step for the through connection turn out to be necessary. It is shown that the additional screen printing process can be omitted without significant efficiency losses, if the through connection and solder pad metallization is done in a single process step. Furthermore, a fast and reliable through connection process has been developed and characterized in detail. Moreover, a gauge mounting block for MWT solar cells has been constructed, analyzed and calibrated for current-voltage-characteristic measurements.
With multi crystalline MWT silicon solar cells an efficiency gain up to 0.5% absolute has been achieved compared to conventionally processed solar cells – thereby reaching a maximum cell efficiency of more than 16.7%. Due to a novel MWT module technology developed in this work the efficiency compared to the conventional technology could be improved further by another 0.3% absolute.
The primary loss mechanisms of the MWT solar cell could be evaluated. These are on the one hand recombination losses in the region of the through connection and the rear n-contact and on the other hand lateral resistance losses of the base – again in the rear n-contact region. Furthermore, recombination losses due to a non optimum rear passivation of the solder pad region play a decisive role. The influence of the loss mechanisms on the efficiency has been evaluated for the different loss mechanisms and a reduction of the losses has been reached.


SWD-Schlagwörter: Solarzelle , Silicium , Photovoltaik
Freie Schlagwörter (deutsch): Solarmodul , MWT
Freie Schlagwörter (englisch): solar cell , solar module , silicon , photovoltaic , MWT
Institut: Institut für Mikrosystemtechnik
Fakultät: Technische Fakultät (bisher: Fak. f. Angew. Wiss.)
DDC-Sachgruppe: Technik
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Reinecke, Holger (Prof. Dr.)
Quelle: Verlag Dr. Hut, München, 2009
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 20.03.2009
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 28.08.2009
Bemerkung: Die Arbeit ist auch in Buchform veröffentlicht und erhältlich. Weitere Informationen hierzu: http://www.dr.hut-verlag.de Print-on-demand ist untersagt
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