Die Existenz des Emitters unter den Kontaktpads beeinflusst nicht nur die effek-tive Lebensdauer der Elektronen, sondern auch den Fluss der L¨ocher in diesem Bereich. Der Emitter erzeugt eine Bandverbiegung, die L¨ocher vom R¨uckkontakt abst¨oßt. Also m¨ussen die L¨ocher, um eingesammelt zu werden, zum Aluminium-BSF neben den Kontaktpads fließen (siehe Abbildung 5.3). Durch den verl¨ anger-ten Weg der L¨ocher erh¨oht sich der Serienwiderstand im Bereich der Kontaktpads im Vergleich zu der Zellfl¨ache mit geschlossenem Aluminium-BSF. Der erh¨ohte Serienwiderstand in einem Teil der Zelle wird offensichtlich den F¨ullfaktor der gesamten Zelle reduzieren.
Es ist wichtig zu betonen, dass das Kontaktdesign, das f¨ur diese Untersuchung verwendet wurde, einen sehr ung¨unstigen Fall darstellt. Es wurde ein Kontaktde-sign mit drei Kontaktpads verwendet, die sich ¨uber die gesamte Zelll¨ange erstre-cken (siehe Abbildung 4.11). Bei diesen Zellen bedeerstre-cken die Kontaktpads fast 8 % der gesamten Zellfl¨ache. Wenn das Zelldesign angepasst wird und kleinere Kon-taktpads verwendet werden, kann der Einfluss durch die Prozessvereinfachung sehr viel kleiner ausfallen.
Ferner ist zu bemerken, dass der Einfluss auf die Zellparameter nur mit dieser speziellen Silberpaste, die zur Metallisierung der Busbars verwendet wird, so aus-gepr¨agt ist. Normale Silberpaste wird durch den Emitter hindurch feuern, falls sie direkt auf den Emitter ohne eine Siliziumnitridzwischenschicht gedruckt und bei Standardbedingungen gefeuert wird (siehe Abschnitt 3.3). In diesem Fall entsteht eine ¨ahnliche Situation wie bei der AgAl-Paste. Es ist deshalb anzunehmen, dass hier die Zellparameter in ¨ahnlicher Weise beeinflusst werden.
Prinzipiell ist es m¨oglich, den Herstellungsprozess f¨ur MWT-Solarzellen mit Siebdruckmetallisierung zu vereinfachen, indem ein Druckschritt eingespart wird.
Die Verluste, die dabei durch eine niedrigere offene Klemmenspannung und einen reduzierten F¨ullfaktor entstehen, k¨onnen durch ein angepasstes Zelldesign mini-miert werden. Der zus¨atzliche Aufwand, um MWT-Solarzellen anstatt von kon-ventionellen Zellen herzustellen, beschr¨ankt sich bei einem solchen vereinfachten Herstellungsprozess auf das Einbringen von einer geringen Zahl von L¨ochern.
5.4 Vergleich mit konventionellen Zellen
Die oben vorgestellten MWT-Solarzellen zeigen Wirkungsgrade, die in dem Be-reich liegen, der auch von konventionellen mit Siebdruck hergestellten Zellen zu erwarten w¨are. Da der Wirkungsgrad einer Solarzelle stark von der Qualit¨at des Ausgangsmaterials und den verwendeten Prozessparametern abh¨angt, ist ein be-lastbarer Vergleich zwischen konventionellem und MWT-Zellkonzept nur mit par-allel prozessierten Zellen aus gleichem Ausgangsmaterial m¨oglich. Da die beiden Herstellungsprozesse im Wesentlichen identisch sind, ist prinzipiell ein direkter
MWT-Zellen Konv. Zellen
Tabelle 5.5: Gemittelte I-V-Parameter sechs konventioneller Zellen, die als Refe-renzen parallel zu MWT-Solarzellen hergestellt wurden. Der F¨ullfaktor konventioneller Zellen ist ¨ublicherweise h¨oher, so dass nur ein direkter Vergleich von JSC und VOC der beiden Zellkonzepte sinnvoll ist.
Vergleich der beiden Konzepte m¨oglich.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden mehrmals konventionelle Referenzzellen paral-lel zu MWT-Zellen hergestellt. Leider haben diese jedoch nie den Wirkungsgrad erreicht, der ¨ublicherweise von konventionellen Zellen dieser Gr¨oße zu erwarten ist. In Tabelle 5.5 sind die durchschnittlichenI-V-Parameter von konventionellen Zellen aufgelistet, die parallel zu den in Abschnitt 5.3 aufgef¨uhrten MWT-Zellen prozessiert wurden.
Beim Druck des Kontaktgitters auf der Vorderseite der konventionellen Zellen wurde nicht ausreichend Paste auf die Wafer ¨ubertragen. So entstanden sehr schmale Finger, die zwar nur wenig Abschattung verursachen, daf¨ur aber nur ei-ne geringe Leitf¨ahigkeit besitzen. Diese erh¨oht den Serienwiderstand, so dass die Zellen nicht die sonst ¨ublichen F¨ullfaktoren und Wirkungsgrade erreichen.
Obwohl damit ein direkter Vergleich der Konzepte ¨uber den Wirkungsgrad nicht m¨oglich ist, ist zumindest ein Vergleich der offenen Klemmenspannung und der Kurzschlussstromdichte legitim.
Die konventionellen Zellen weisen eine bessere offene Klemmenspannung auf, die 4 mV uber der der MWT-Zellen liegt. Die reduzierte offene Klemmenspan-¨ nung der MWT-Zellen kann auf mehrere Ursachen zur¨uckgef¨uhrt werden. Zum einen ist J01 in den Busbarregionen erh¨oht, was die offene Klemmenspannung der Zellen herabsetzt. Ferner wird durch die Isolation um die Kontaktinseln der pn- ¨Ubergang an der Zelloberfl¨ache verl¨angert und deshalb J02 erh¨oht, was sich ebenfalls negativ auf Voc auswirkt. Beide Ursachen sind spezifisch mit dem MWT-Design verbunden. Sie k¨onnen jedoch nicht die komplette beobachtete Dif-ferenz zu den konventionellen Zellen erkl¨aren. Nach dem erweiterten Zwei-Dioden-Modell (siehe Abschnitt 4) w¨are durch beide Effekte zusammen ein Spannungs-abfall von ca. 1 mV zu erwarten.
Wichtiger ist, dass die großz¨ugig dimensionierten AgAl-Kontaktpads der MWT-Zellen, die sich ¨uber die gesamte Zelll¨ange erstrecken, ebenfalls J01 erh¨ohen. Bei den konventionellen Referenzen besteht der externe Basiskontakt aus sechs
ein-5.4. VERGLEICH MIT KONVENTIONELLEN ZELLEN 87 zelnen Kontaktpads, die sehr viel weniger Fl¨ache einnehmen. Es ist zu erwarten, dass ¨uber 2 mV Spannungsverlust der Dimensionierung der AgAl-Kontaktpads zuzuschreiben sind. Der Großteil des Spannungsverlusts wird also nicht durch die MWT-Geometrie selbst verursacht und ließe sich einfach mit kleineren AgAl-Kontaktpads reduzieren.
Insgesamt betr¨agt der berechnete Spannungsabfall verursacht durch Kontaktin-seln, pn-Isolation und Basiskontaktpads zusammen ¨uber 3 mV was im Rahmen der Messgenauigkeit sehr gut mit den gemessenen 4mV ¨ubereinstimmt.
Der Fingerabstand der MWT-Zellen wurde mit 2.5mmetwas geringer gew¨ahlt als bei den konventionellen Zellen mit 2.65 mm. Bei der Optimierung des Fin-gerabstands ergibt sich ein flaches Maximum f¨ur den Wirkungsgrad, so dass bei-de Fingerabst¨ande theoretisch zu fast gleichen Wirkungsgraden f¨uhren, da die erh¨ohte Abschattung bei geringerem Fingerabstand durch einen h¨oheren F¨ ullfak-tor ausgeglichen wird. Vergleicht man die Frontgitter der konventionellen Zellen mit denen der MWT-Zellen, so w¨are f¨ur die MWT-Zellen ein Anstieg des Kurz-schlussstroms von 1 % zu erwarten. Der theoretische Stromgewinn ist bei diesem Vergleich von konventionellen mit MWT-Zellen eher gering, da die konventionel-len Zelkonventionel-len nur zwei Busbars haben. Normalerweise werden 15.6×15.6 cm2 große konventionelle Zellen heute aber mit drei Busbars hergestellt4, da die im Modul verschaltete Zelle mit drei Busbars einen h¨oheren Wirkungsgrad hat (siehe Ta-belle 4.2). Der Gewinn im Kurzschlussstrom einer MWT-Solarzelle im Vergleich zu einer konventionellen Zelle mit drei Busbars w¨urde ca. 2 % betragen.
Der gemessene Kurzschlussstrom der beiden Zellgruppen, den konventionellen und den MWT-Zellen, unterscheidet sich jedoch nicht signifikant. Dies ist haupt-s¨achlich darauf zur¨uckzuf¨uhren, dass die Finger der konventionellen Zellen we-sentlich schmaler gedruckt wurden.
Dar¨uber hinaus ist zu beachten, dass die AgAl-Kontaktpads bei MWT-Solarzellen ebenfalls den Kurzschlussstrom der Zellen merklich herabsetzen. Beim konven-tionellen Zellaufbau werden die Kontaktpads teilweise von den Busbars auf der Zellvorderseite abgeschattet. Da im abgeschatteten Bereich kein Photostrom ge-neriert wird, f¨uhrt die schlechte R¨uckseitenpassivierung der AgAl-Paste bei kon-ventionellen Zellen zu keinem signifikanten Verlust in der Kurzschlussstromdichte.
Bei MWT-Zellen werden die Kontaktpads nur wenig von Kontaktfingern abge-schattet, so dass sich hier die schlechte R¨uckseitenpassivierung durch einen merk-lichen Verlust von ca. 0.1mA/cm2 in der Kurzschlussstromdichte auswirkt.
4Bei der Einf¨uhrung des Zellformats standen noch keine automatisierten Stringer zur Verf¨ugung, die Zellen mit drei Busbars verschalten konnten.