Effizienzsteigerung durch verbesserte Passivierungsstabilität bei HJT-Rückkontakt-Solarzellen
Forscher von Longi und der Yangzhou University haben eine neuartige, laserbasierte Herstellungsstrategie entwickelt, die die Effizienz von Heterojunction-Rückkontakt-Solarzellen (HJT-BC) signifikant erhöht und gleichzeitig die Stabilität der Passivierung verbessert. Durch die gezielte Reduktion von Laserschockwellen-induzierter Beschädigung und die Einführung einer submikron-, abgerundeten Pyramidenstruktur konnten sie ein zertifiziertes Zellmodul mit einer Effizienz von 27,27 % erreichen – ein Ergebnis, das das Potenzial für kostengünstigere und leistungsfähigere Solarmodule im globalen Markt unterstreicht.
Seiteninhalte
Neue laserbasierte Herstellungsstrategie für HJT-Rückkontakt-Solarzellen
Die Laser-Verarbeitung ist ein zentraler Baustein moderner Photovoltaik-Fertigung, da sie hohe Durchsatzraten, Präzision und flexible Muster ermöglicht. Bei hohen Energiedichten können ultrakurze Laserpulse jedoch nicht-thermische Prozesse auslösen, die zu extrem schnellen Druckspitzen – sogenannten Laserschockwellen – im Siliziumgitter führen. Diese Druckspitzen überschreiten die mechanischen Grenzen des Materials, erzeugen Mikro-Risse und beeinträchtigen die Ladungsträger-Transportfähigkeit.
Problem: Laserschockwellen und die SiNx-Rückseitenschicht
Die Studie identifizierte die rückseitige Silizium-Nitrid-Schicht (SiNx) als Hauptursache für die Verstärkung der Shock-Wave-Effekte. Durch ein nicht-thermales Abtragungs-Verfahren, bei dem die Laser-Pulse Elektronen in SiNx schneller anregen als Wärme diffundieren kann, entsteht eine explosive Materialausstoß- und Plasmaphase. Die resultierenden Schockwellen reflektieren an der SiNx-Grenzfläche und konzentrieren den Stress an den Spitzen der Front-seitigen Pyramiden, was zu strukturellem Kollaps der Passivierungsschicht führt.
Lösung: Submikron- und abgerundete Pyramidenstruktur
Um die Stresskonzentration zu reduzieren, testeten die Forscher drei Front-seitige Texturen: herkömmliche Pyramiden (E1), submikron-Pyramiden (E2) und abgerundete Pyramiden (E3). Die beiden neuen Strukturen (E2, E3) zeigten eine deutlich verbesserte Passivierungsstabilität, da die abgerundeten Spitzen die Ausbreitung von Schockwellen abschwächen. Photolumineszenz-Aufnahmen bestätigten eine homogenere Passivierung im Vergleich zur Standard-Textur.
Erreichte Effizienz und Leistungskennzahlen
- Zertifizierte Zell-Effizienz: 27,27 % (HJT-Rückkontakt-Zelle)
- Weltrekord-Effizienz (Referenz): 28,13 % im Jahr 2026 (Quelle S1)
- Leerlaufspannung (Voc): 745,0 mV (2026)
- Kurzschlussstrom (Isc): 7,439 mA (2026)
- Füllfaktor: 86,19 % (2026)
Die Ergebnisse wurden vom deutschen Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) bestätigt, was die Validität der Messungen unterstreicht.
Langfristige Stabilität und Passivierungsverbesserung
Die neue Textur reduziert nicht nur die unmittelbaren Schockwelleneffekte, sondern verbessert auch die langfristige Zuverlässigkeit der Module. Ein Datensatz aus dem Jahr 2026 gibt an, dass die Zelländerung durch Passivierung eine signifikante Verbesserung erfährt, da die submikron-, abgerundeten Pyramiden die mechanischen Spannungen im Silizium verringern. Dies ist entscheidend für die Haltbarkeit und Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen, da die langfristige Leistung maßgeblich zur Gesamtkosten-Reduktion beiträgt.
Marktperspektive für HJT-Solarzellen
Heterojunction-Solarzellen (HJT) zeigen ein wachsendes Marktpotenzial. Prognosen gehen von einem Anstieg des Marktanteils um 25 % bis zum Jahr 2030 aus, insbesondere zugunsten von HJT- und TOPCon-Zellen. Diese Entwicklung positioniert die neue Fertigungstechnologie als wettbewerbsfähige Lösung im globalen Rennen um hocheffiziente Photovoltaik-Produkte.
FAQ zu HJT-Solarzellen
Was sind die Vorteile von HJT-Solarzellen?HJT-Solarzellen bieten höhere Effizienz, bessere Temperaturstabilität und geringere Degradation, was sie ideal für leistungsstarke Solaranwendungen macht.
Fazit
Die von Longi und der Yangzhou University entwickelte laserbasierte Herstellungsstrategie adressiert ein zentrales Problem der modernen Solarzellenfertigung – die Schädigung durch Laserschockwellen – und liefert gleichzeitig eine praktikable Methode zur Steigerung von Effizienz und Passivierungsstabilität. Mit einer nachgewiesenen Effizienz von 27,27 % und einer verbesserten mechanischen Belastbarkeit durch die submikron-, abgerundete Pyramidenstruktur stellt diese Technologie einen bedeutenden Schritt in Richtung kostengünstiger, langlebiger und hochleistungsfähiger Photovoltaikmodule dar. Angesichts des prognostizierten Marktwachstums von 25 % bis 2030 könnte diese Innovation die Wettbewerbsfähigkeit von HJT-Solarzellen weltweit stärken und den globalen Übergang zu erneuerbaren Energien weiter beschleunigen.
