Welche Technologie verbirgt sich hinter der Triex Zelle ?

Question

Solarcity hat in diesen Tagen für Schlagzeilen gesorgt, mit der angekündigten Übernahme von Silevo. Auf Basis der sogenannten Triex Zelle soll nun in den USA eine Gigawattfabrik gebaut werden, in der Module mit hoher Effizient zu Preisen produziert werden sollen, die unter denen chinesischer Module von heute liegen.
Gibt es hier im Forum Physiker, die das Prinzip dieser Zellen mal näher beschreiben können ?
Außerdem würde mich eine Einschätzung interessieren, ob die Zellen wirklich so erfolgversprechend sind und sich so entscheidend von den Ansätzen der chinesischen Zellhersteller unterscheiden. Auch dort optimiert man ja inzwischen die Zellen in dem man z.B. n Type Silizium verwendet, an der Passivierungsschicht optimiert und mit selektiven Emittern an der Kontaktierung arbeitet. Die Frage die ich mir stelle ist: Was ist nun an der Triex Zelle so besonders ?

Gruß Matthias Diehl

 

Answer 1

Final einschätzen kann man es aus externer Sicht nicht 100%ig, aber die gefundene Präsentation über die Triex-Zellen erinnert mich an viele "High-Efficiency-Konzepte" die ich zwischen 2008-2010 gesehen habe. Alle vergleichen ihr "Champion-Modul" mit einem Standard-Modul, wobei nicht im Detail auf die Herstellkosten der Module eingegangen wird (kenne ich aus vielen Forschungsanträgen für neuartige Konzepte ...):

http://www.twentezon.nl/wp-content/uploads/2014/01/Silevo_EUPresSept-2013.pdf

Zur Technologie: Einige herausgestellte Punkte der Triex-Zelle gibt es in anderen Zellkonzepten bereits bzw. sind ausgiebig erforscht worden aber haben sich teilweise nicht in der Produktion durchgesetzt:

- N-Typ Basismaterial: Panda-Zelle von Yingli Solar - recht erfolgreich.

- Emitter aus amorphem Silizium + TCO (Leitfähiges Oxid, weil der Emitter nicht so leitfähig ist wie bei "normalen" Zellen):  Ich glaube das hatte Oerlikon Solar gemacht, bevor Sie verkauft wurden: keine große Marktdurchdringung.

- eine dünne Silizium-Oxid Schicht zwischen Basis N-Typ Material und Emitter (hier amorphes Silizium):SiO2 kenne ich als abschließende Passivierschicht, die hohe Rekombination unter den Metallkontakten verhindert .... solche Tunneloxide sind auch ausreichend erforscht worden (Matrin Greene UNSW oder Hezel am ISFH) und lassen eben eine sehr hohe offene Klemmspannung (VOC) zu.

Als Schicht zwischen dem Silizium (n-Typ) und einem amorphen-Silizium Emitter ist mir ein Tunneloxid nicht so bekannt ... aber aus meiner Erfahrung ist die Grenzschicht zwischen Basis (n-Typ) und dem Emitter aus (dotiertem) amorphem Silizium nicht kritisch. SiO2/SiN-Schichten (SiN sind ja die "normalen" Passivierschichten) sind allerdings sehr weit verbreitet in der Forschung ... wenn das Aufwachsen der SiO2 Schicht nicht relativ teuer wäre, dann wäre das auch industriell sehr relevant. Insofern: Vor allem im Forschungsbereich vor dem Boom der PV sehr verbreitet und interessant - industriell: sher nicht relevant.

- Kupfer-Metallisierung: Sehr interessant ... wenn man Probleme mit Verunreinigungen verhindern kann vielleicht eine Alternative zur aktuellen Metallisierung. Wurde aber auch schon umfangreich erforscht - z.B. galvanisches Abscheiden von Kupfer.

 

Gesamtfazit: Hört sich eher nach Marketing an und wird aktuellen Konzepten nicht überlegen sein (bezogen auf €/kWp) - auch nicht perspektivisch. Wenn schon "Hybrid" in einem Konzept drin steht, welches sehr vergleichbar mit existierenden Konzepten ist, dann wäre ich vorsichtig. Die Sunpower-Zellen erreichen heute schon 24-25% - sind aber preislich nicht kompetetiv, obwohl die Struktur in einigen Punkten sehr ähnlich zu dem Triex-Konzept ist (n-Typ, sehr hohe Spannung durch vermutlich top-passivierten a-Si Emitter).

 

Noch ein Punkt: Den Wechsel von p-Typ Silizium auf n-Typ Silizium als Basis-Material würde ich nicht unbedingt als "optimieren" bezeichnen, da mit dem Wechsel des Materials sehr viele Punkte an einem Zellkonzept (Emitterdiffusion, Passivierschichten, Metallisierung) verändert werden müssen.

Comments

Sehr geehrter Herr Kessler,
vielen Dank für die ausführliche Antwort. Zwei Nachfragen hätte ich noch. Was kann man sich unter Tunneloxiden vorstellen ? Der Begriff ist mir als nicht Physiker nicht geläufig. Der Tunneleffekt sagt mir schon etwas, ich sehe aber nicht was hier jetzt gemeint ist.
Können Sie nochmal die Vor- und Nachteile zwischen p-Type und n-Type Si als Basismaterial nennen ?
Vielen Dank für Ihre Mühe.

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Tunneloxid: Ist einfach eine SiO2 Schicht, die (meist thermisch - sprich in einem Ofen bei 1000°C unter O2 Atmosphäre) auf die Silizium-Oberfläche aufgewachsen wird. Die Eigenschaft eines solchen Oxides:
1) Es verhindert Rekombination an der Oberfläche und erhöht vereinfacht gesagt die offene Klemmspannung
2) Es isoliert die Oberfläche ... wenn z.B. 200nm Oxid auf einer Silizium-Oberfläche sind, kann man diese Oberfläche nicht mehr ordentlich mittels Metall  kontaktieren - SiO2 ist ein Isolator in der Halbleiterindustrie
Ein TUNNELoxid ist allerdings nur <10nm dick, so dass Elektronen noch von dem Silizium in den Metallkontakt TUNNELN können - die SiO2 Schicht isoliert erst ab einer bestimmen Dicke! So erstmal die vereinfachte Erklärung!

Im Fall der Triex-Zelle ist das sehr dünne Oxid allerdings zwischen Silizium und dem (amorphen) Emitter ... auch da tunneln die Elektronen durch ... anscheinend garantiert es eine geringe Rekombination an der Grenzfläche Silizium-amorphes Silizium (obwohl ich dies gar nicht als so großes Problem kenne).

N-Typ / P-Typ:
P-Typ ist anfälliger auf (metallische)Verunreinigungen und außerdem bilden sich bei P-Typ Material (dotiert mit BOR) in den ersten Wochen/Monaten unter Lichteinfall (also im Betrieb) sogenannte Bor-Sauerstoff-Komplexe, welche für die lichtinduzierte Degradation der Zellen verantwortlich ist. Bei N-Typ Silizium können sich die Bor-Sauerstoff-Komplexe nicht bilden, da N-Typ ja mit Phosphor dotiert ist (--> keine Lichtinduzierte Degradation) und generell höhere Qualität, da unanfälliger auf Verunreinigungen, die im Herstellungsprozess nicht gänzlich vermieden werden können.

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Super. Nochmals vielen Dank.

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Sehr interessanter Expertenbeitrag!
Wenn ich mal eine Frag zu Zelltechnologien habe, weiß ich jetzt, an wen ich mich wenden kann :-)

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Sehr gerne - vielleicht kann ich weiterhelfen ;-)