Research and development of low cost, low power solar cells for rural off grid applications (homesteads, clinics) on the African continent. Manufacture of the required heterojunctions by inexpensive printing techniques (screen printing/ink jet printing). Printing of doped silicon nanoparticle films on bond paper.

• Antragsteller: Dr.-Ing. Rudolf Nüßl
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 205683515

• Erstellungsjahr: 2014

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Der wichtigste wissenschaftliche Fortschritt innerhalb dieses Projekts konnte in den letzten sechs Monaten erzielt werden. Es wurde ein Prozess erstellt, welcher es ermöglicht, kostengünstige, auf monokristallinem Silizium basierende Solarzellen ausschließlich durch Anwendung der Siebdrucktechnik herzustellen. Es wird dabei ein Dotierstoff in Form einer Paste auf das Substrat aufgedruckt und anschließend in einem Hochtemperaturschritt in das Substrat eingetrieben. Das Verfahren besitzt großes Potential, da es mit weniger Geräteausstattung und geringerem technischen Aufwand durchführbar ist, als dies bei Anwendung herkömmlicher Verfahren denkbar wäre. Das Verfahren bietet sich zudem an, universitäre Forschung an Solarzellen mit selektivem Emitter zu betreiben oder Solarzellen mit selektivem Emitter in großtechnischem Maßstab herzustellen. Abänderungen im Projektverlauf nach dem ersten Jahr ergaben sich daraus, dass festgestellt wurde, dass (sieb-) gedruckte Silizium-Schichten, welche auf Netzwerken aus Silizium-Nanopartikeln basieren, wesentlich geringere Leitwerte und wesentlich ärmere photoelektrische Eigenschaften aufweisen als polykristalline und monokristalline Silizium-Schichten, welche in der Solarzellen-Herstellung zur Anwendung kommen. Eine ausreichend verlustfreie Extraktion der erzeugten Ladungsträger konnte nicht erzielt werden, was - entgegen unserer Annahme zu Projektbeginn - die Verwendung gedruckter Silizium-Schichten als Absorber in Solarzellen verbietet. Weitere Experimente zeigten jedoch, dass gedruckte Silizium-Schichten Potential besitzen, die Graphit-Elektrode einer photochemischen Solarzelle (Graetzel-Zelle) zu ersetzen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• "The Influence of Nanoparticle Fillers on the Effectiveness of Phosphorus Diffusion Pastes". J. Sol. Energy Eng 138(1), 011008 (Dec 10, 2015) (5 pages)
  R. Nüssl, D. Britton, J. Biba
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1115/1.4031944)