Die Forschung der National University of Singapore hat ein ultradünnes TOPCon-Solarzellen-Design vorgestellt, das mit einer Dicke von nur 80 µm eine beeindruckende Effizienz von 19,7 % erreicht. Diese Kombination aus hoher Leistungsfähigkeit und bemerkenswerter Flexibilität macht die Technologie zu einem potenziellen Schlüssel für die wachsende Nachfrage nach erneuerbaren Energien – von integrierten Gebäudelösungen bis hin zu tragbaren Elektronikgeräten.
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Was ist die ultradünne biPoly TOPCon-Solarzelle?
Die sogenannte biPoly-Solarzelle nutzt doppelseitige, mit Polysilizium (poly-Si) passivierte Kontakte, die mittels Low-Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD) aufgebracht werden. Durch die Kombination von n-type TOPCon-Schichten auf der Vorderseite und p-type TOPCon-Schichten auf der Rückseite entsteht ein sogenanntes „double-sided TOPCon“-Design, das sowohl die Oberflächenpassivierung als auch den Ladungsträgertransport optimiert.
- Dünne Interfacial-Oxidschicht reduziert Oberflächenrekombination
- Polysilizium-Schichten bieten einen niederohmigen Pfad für Majoritätsträger
- Optimierte Dotierung und thermische Behandlung verbessern die Aktivierung und Schnittstellenqualität
Die Zellstruktur wurde aus M2-größen Czochralski-Wafern hergestellt, die von 180 µm auf 80 µm mittels stressgesteuertem Ätzverfahren (SDE) reduziert wurden. Nach einer Reihe von Reinigungsschritten, Texturierung und Passivierungs- sowie Antireflex-Beschichtungen wurde das Endgerät bei 740 °C co-geglüht.
Technische Leistungsdaten
Die wichtigsten Kennzahlen der Champion-Zelle (Stand 2026, Quelle S1) sind:
- Effizienz: 19,7 % (Effizienz-zu-Dicke-Verhältnis 0,25 % / µm)
- Zellendicke: 80 µm
- Leerlaufspannung (V oc ): 719 mV
- Füllfaktor (FF): > 83 %
- Reduzierte Rekombinationsverluste dank optimierter Oberflächenpassivierung
- Mechanische Flexibilität, die gekrümmte oder nicht-planare Anwendungen ermöglicht
Die Messungen mittels quasi-steady-state photoconductance (QSSPC) und Photolumineszenz (PL) bestätigten die hohe Qualität der Passivierung und die gleichbleibend hohe elektrische Leistung.
Anwendungen und Flexibilität
Durch die Kombination aus Dünnheit, Flexibilität und solider Leistungsfähigkeit eignet sich die biPoly-Solarzelle für zahlreiche innovative Einsatzbereiche:
- Building-Integrated Photovoltaics (BIPV)
- Indoor-Low-Light-Energieerzeugung
- Wearable Electronics und tragbare Stromversorgung
- Solar-Quadcopter und andere Luftfahrt-Applikationen
Der Forschungsvorstand Aaron Danner betont, dass die Zelle aufgrund ihrer einfachen Struktur und guten Low-Light-Performance besonders für BIPV und tragbare Anwendungen geeignet ist.
Die globale Nachfrage nach Photovoltaikanlagen wird für 2023 auf etwa 30 GW geschätzt (Quelle: Marktstudie, 2023). Diese Dringlichkeit unterstreicht die Relevanz neuer Technologien wie der biPoly-Solarzelle, die mit einer Effizienz von 19,7 % und einer Dicke von nur 80 µm als Schlüsselakteur auf dem wachsenden Markt für erneuerbare Energien positioniert ist.
Darüber hinaus prognostiziert ein globaler Marktanalyst, dass der Markt für Solarenergie bis 2028 ein Volumen von 223,3 Milliarden USD erreichen wird (Quelle S2). Die Kosteneffizienz der neuen Zelle, die ohne zusätzliche, teure Materialien auskommt, stärkt ihre Konkurrenzfähigkeit gegenüber herkömmlichen Siliziumsolarzellen.
Marktprognosen und wirtschaftliche Bedeutung
Marktforschungsberichte zeigen ein starkes Wachstum des globalen Solarmarktes:
- 2023: Installierte PV-Kapazität weltweit ca. 30 GW
- 2028: Erwartete Marktgröße für Solarenergie 223,3 Milliarden USD
Diese Zahlen verdeutlichen das wirtschaftliche Umfeld, in dem innovative Technologien wie die ultradünne biPoly-Solarzelle eingeführt werden können. Die Kombination aus hoher Effizienz, geringer Materialdicke und potenziell niedrigen Herstellungskosten macht die Zelle zu einem attraktiven Kandidaten für die industrielle Skalierung.
Herausforderungen und Zukunftsperspektiven
Trotz der vielversprechenden Ergebnisse gibt es noch wesentliche Hürden, die überwunden werden müssen, bevor die Technologie den kommerziellen Markt erreichen kann:
- Derzeit nicht für die kommerzielle Produktion geeignet – es fehlt an großflächiger Fertigung und Fertigungslinien-Kompatibilität
- Langzeit-Stabilitäts-Validierung und Optimierung der flexiblen Verpackung sind noch ausstehend
- Weiterer Optimierungsbedarf bei Kontakt-Resistivität, thermischer Stabilität und Zuverlässigkeit bei zyklischer mechanischer Belastung
Die Forscher betonen, dass weitere Arbeiten an großflächiger Fertigung, Fertigungslinien-Kompatibilität, langfristiger Stabilität und flexibler Verpackung essentiell für die zukünftige industrielle Anwendung sind.
Häufig gestellte Fragen
Was sind die Anwendungen dieser Solarzelle?Die flexible biPoly-Solarzelle eignet sich für Building-Integrated Photovoltaics (BIPV), tragbare Elektronik, Indoor-Low-Light-Energieerzeugung, Solar-Quadcopter und weitere innovative Anwendungen.
Fazit
Die ultradünne biPoly TOPCon-Solarzelle demonstriert, dass hohe Effizienz (19,7 %) und extreme Dünnheit (80 µm) gleichzeitig erreicht werden können, ohne dass teure Zusatzmaterialien nötig sind. Die optimierte Oberflächenpassivierung reduziert Rekombinationsverluste, während die mechanische Flexibilität neue Anwendungsfelder eröffnet. Marktprognosen zeigen ein enormes wirtschaftliches Potenzial: Bis 2028 wird ein Marktvolumen von über 223 Milliarden USD erwartet, und die globale PV-Nachfrage liegt bereits bei 30 GW (2023). Dennoch bleibt die Technologie derzeit auf Laborebene und erfordert weitere Schritte in Richtung industrieller Fertigung, Langzeit-Stabilität und Skalierbarkeit. Wenn diese Herausforderungen gemeistert werden, könnte die biPoly-Solarzelle ein entscheidender Baustein für die nächste Generation erneuerbarer Energiesysteme werden.
