Longi Green Energy Technology Co., Ltd. und die Sun Yat-sen University haben in einer gemeinsamen Studie gezeigt, dass die Kombination aus hochohmigen Siliziumwafern (8-10 Ω·cm) und einer neuartigen In-situ-Edge-Passivierung die Effizienz von Back-Contact- Solarzellen auf 27,25 % steigert. Der Durchbruch löst die bislang kritische Empfindlichkeit dieser Wafer gegenüber Edge-Rekombination und mechanischer Schädigung und eröffnet damit neue Perspektiven für die kommerzielle Nutzung hoch-effizienter Solarzellen.
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Herausforderung hochohmiger Siliziumwafer
Hochohmige Wafer besitzen ein höheres Potenzial für Zell-Effizienz, weil sie weniger dotierte Rekombinationszentren enthalten. Gleichzeitig sind sie jedoch deutlich spröder und reagieren empfindlich auf mechanische Belastungen während Sägen, Handling und Modul-Montage. Im Vergleich dazu sind Standard-Czochralski-Wafer mit einer Resistivität von 1,0-1,5 Ω·cm robuster, was ihren breiten Einsatz in der Massenproduktion erklärt, obwohl ihr theoretisches Effizienz-Ceiling niedriger ist.
- Resistivität hochohmiger Wafer: 8-10 Ω·cm
- Resistivität Standard-Wafer: 1,0-1,5 Ω·cm
- Höhere Anfälligkeit für Kratzer, Risse und Passivierungs-Degradation
In-situ Edge-Passivierung – Funktionsprinzip und Laborergebnisse
Bei der In-situ-Edge-Passivierung entsteht während der Zellherstellung simultan eine robuste Passivierungsschicht an den geschnittenen Kanten. Diese Schicht unterdrückt die Edge-Rekombination, indem sie ungeschützte SiOₓ/n-poly-Si-Schichten entfernt und durch eine stabile SnOₓ-Pufferschicht ersetzt. Der Prozess ist mit bestehenden Produktionslinien kompatibel.
Die Labor-Tests mit 182 mm × 91 mm Hybrid-Interdigitated-Back-Contact (HIBC) Zellen zeigten:
- Steigerung des pseudo-Fill-Factor um 1,04 % (hochohmige Wafer)
- Effizienz-Zuwachs von 0,64 % bei hochohmigen Wafern
- Im Vergleich: 0,48 % pseudo-FF-Verbesserung und 0,34 % Effizienz-Zuwachs bei Standard-Wafern
Durch diese Verbesserung übertrafen die hochohmigen Zellen die Standard-Zellen um 0,34 % im pseudo-Fill-Factor und erreichten insgesamt 27,25 % Zell-Effizienz – ein Rekord laut LONGi.
Synergie von hochohmigen Wafern und HIBC-Architektur
Longi erweiterte die HIBC-Struktur um eine laser-induzierte lokale Kristallisation, die P- und N-Kontakte optimal ausrichtet. Diese Kombination ermöglicht eine direkte Skalierung von Labor-Zellen zu industriellen Modulen.
- Modul -Effizienz: 25,9 % (2026)
- Ausgangsleistung: 700 W für 2,7 m² HIBC-Module (2026)
- Kompatibilität mit bestehenden Produktionslinien dank In-situ-Edge-Passivierung
Die modulare Leistung von 700 W demonstriert, dass die Technologie nicht nur im Labormaßstab, sondern auch in der Massenproduktion realisierbar ist und die industrielle PV-Industrie voranbringt.
Flexible Tandem-Zellen – neue Anwendungsmöglichkeiten
Die In-situ-Edge-Passivierung wurde zudem auf ultradünne Silizium-Wafer in flexiblen Tandem-Zellen übertragen. Zertifizierte Prototypen erreichten:
- Effizienz von 33,4 % auf kleinen Flächen (2026)
- Spezifische Leistung von 1,77 W/g
- Biegeradius von 1,5 cm, geeignet für tragbare PV-Anwendungen
Eine doppelte SnOₓ-Pufferschicht minimiert mechanische Spannungen, wodurch die Robustheit für flexible, portable Geräte erhöht wird.
Kommerzielle Perspektiven und verbleibende Risiken
Obwohl die Technologie vielversprechend ist, gibt es nach wie vor kritische Punkte, die für eine groß-technische Umsetzung adressiert werden müssen:
- Mechanische Empfindlichkeit: Hochohmige Wafer bleiben anfälliger für Kratzer und Passivierungs-Degradation, was strengere Prozess-Kontrollen erfordert.
- Bulk-Auger-Rekombination: Edge-Passivierung allein kann die durch Bulk-Auger-Rekombination limitierten Verluste nicht vollständig kompensieren, besonders bei sehr hoher Passivierung.
Diese Punkte betonen, dass neben der Edge-Passivierung weitere Optimierungen – etwa in der Bulk-Qualität und im Umgang mit mechanischen Belastungen – notwendig sind, um das volle Effizienz-Potential in der Massenproduktion zu realisieren.
FAQ
Was ist In-situ Edge-Passivierung?
Eine simultane Passivierungsschicht, die während der Zellherstellung an den geschnittenen Kanten entsteht und Edge-Rekombination unterdrückt.
Welche Effizienz erreichen HIBC-Module?
25,9 % bei einer Ausgangsleistung von 700 W für 2,7 m² Module.
Sind hochohmige Wafer bereits kommerziell einsetzbar?
Noch limitiert durch mechanische Empfindlichkeit; Edge-Passivierung verbessert das, jedoch sind weitere Stabilisierungen für die Massenproduktion erforderlich.
Fazit
Die Kombination aus hochohmigen Siliziumwafern und In-situ-Edge-Passivierung markiert einen entscheidenden Schritt hin zu hocheffizienten Back-Contact-Solarzellen. Mit einer Labor-Zell-Effizienz von 27,25 % und industriell skalierbaren Modulen von 25,9 % Effizienz bei 700 W Leistung demonstrieren Longi und die Sun Yat-sen University, dass das bislang theoretische Effizienz-Potenzial praktisch nutzbar ist. Gleichzeitig eröffnet die Technologie flexible Tandem-Zellen mit über 33 % Effizienz, was neue Anwendungsfelder im Bereich tragbarer PV-Lösungen erschließt. Für die vollständige Kommerzialisierung müssen jedoch noch Herausforderungen in der mechanischen Stabilität und bei Bulk-Verlusten adressiert werden. Sobald diese Hürden überwunden sind, könnte die PV-Industrie durch die breit einsetzbare, hoch-effiziente HIBC-Technologie einen signifikanten Sprung nach vorne machen.
