Artikel aktualisiert am 26.04.2023
von Boris Stippe | ca: 10 Min. zu lesen

Back Surface Field (BSF)

Wozu dient die Solarzellen-Rückseite?

Back Surface Field (BSF) ist eine Technologie, die bei der Herstellung von Solarzellen eingesetzt wird, um deren Wirkungsgrad zu verbessern. Dabei wird auf der Rückseite der Zelle eine spezielle Schicht aus dotiertem Material aufgebracht, um die Rekombination von Ladungsträgern zu verringern und damit den Stromfluss zu erhöhen.

Nahaufnahme eines Solarpanels
Nahaufnahme eines Solarpanels (Bildquelle: PixelboxStockFootage – stock.adobe.com)

Back Surface Field (BSF) ist eine Technologie, die bei der Herstellung von Solarzellen eingesetzt wird, um deren Effizienz und Leistung zu verbessern. In herkömmlichen Solarzellen können Ladungsträger, die auf der Rückseite der Zelle erzeugt werden, durch Reflexion und Rekombination verloren gehen, was zu einem geringeren Wirkungsgrad führt. Die BSF-Technologie verringert diesen Verlust, indem eine Schicht aus dotiertem Material auf die Rückseite der Solarzelle aufgebracht wird.

Diese Schicht dient dazu, die Rekombination von Ladungsträgern zu reduzieren und somit den Stromfluss zu erhöhen. Die BSF-Technologie ermöglicht die Herstellung von Solarzellen mit höherem Wirkungsgrad, indem der Füllfaktor und die Kurzschlussstromdichte erhöht werden. Darüber hinaus verbessert der Einsatz von BSF-Solarzellen die Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit der Solarzellen, da die Schädigung durch Feuchtigkeit, Temperatur und Lichteinstrahlung reduziert wird.

Wie funktioniert die Back Surface Field Technologie zur Erzeugung von Solarstrom?

Die Back Surface Field (BSF) Technologie wird bei der Herstellung von Solarzellen eingesetzt, um deren Effizienz und Leistung zu verbessern. In herkömmlichen Solarzellen gehen Ladungsträger, die auf der Rückseite der Zelle erzeugt werden, durch Reflexion und Rekombination verloren. Die BSF-Technologie reduziert diesen Verlust, indem eine Schicht aus dotiertem Material auf die Rückseite der Solarzelle aufgebracht wird.

Die dotierte Schicht ist dünn, in der Regel nur wenige Nanometer, und besteht aus Materialien wie Silizium oder Aluminiumoxid, die eine hohe Akzeptordichte aufweisen. Unter Akzeptordichte versteht man die Anzahl der Stellen im Kristallgitter, an denen Fremdatome eingebaut werden können, um eine Verunreinigung und damit Elektronenlöcher zu erzeugen. Wird diese Schicht auf die Rückseite der Solarzelle aufgebracht, bildet sie eine Barriere, die das Entweichen von Ladungsträgern auf der Rückseite der Zelle verhindert.

Indem die dotierte Schicht auf der Rückseite der Solarzelle ein starkes elektrisches Feld erzeugt, wird außerdem die Rekombination von Elektronen und Löchern verringert. Dies verbessert den Wirkungsgrad der Solarzelle, da mehr Ladungsträger zur Stromerzeugung beitragen. Tatsächlich erhöht die BSF-Technologie den Füllfaktor und die Kurzschlussstromdichte der Solarzellen.

Die BSF-Technologie bietet auch Vorteile in Bezug auf die Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit der Solarzellen. Der Einsatz von BSF-Solarzellen reduziert die Degradation durch Feuchtigkeit, Temperatur und Licht, da die Schicht aus dotiertem Material die Solarzelle schützt.

Welche Vorteile hat der Einsatz von BSF-Solarzellen gegenüber herkömmlichen Solarzellen?

Der Einsatz von Back Surface Field (BSF) Solarzellen hat gegenüber herkömmlichen Solarzellen mehrere Vorteile. Ein wichtiger Vorteil ist die höhere Effizienz und Leistung. Dies liegt daran, dass die dotierte Schicht auf der Rückseite der Solarzelle den Verlust von Ladungsträgern reduziert, die sonst durch Reflexion und Rekombination verloren gehen würden. Durch die Verringerung dieser Verluste können mehr Ladungsträger zur Stromerzeugung beitragen, was zu einem höheren Wirkungsgrad der Solarzellen führt.

Ein weiterer Vorteil von BSF-Solarzellen ist ihre erhöhte Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit. Durch den Einsatz von BSF-Solarzellen wird die Degradation durch Feuchtigkeit, Temperatur und Licht reduziert, da die Schicht aus dotiertem Material die Solarzelle schützt. Dadurch haben BSF-Solarzellen eine längere Lebensdauer als herkömmliche Solarzellen.

Daneben können BSF-Solarzellen in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Die Technologie kann auf verschiedene Arten von Solarzellen angewendet werden, darunter monokristalline, polykristalline und amorphe Solarzellen. Da BSF-Solarzellen einen höheren Wirkungsgrad haben und stabiler sind als herkömmliche Solarzellen, werden sie in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B. zur Erzeugung von Solarstrom auf Hausdächern und in Solarkraftwerken.

Schließlich sind BSF-Solarzellen auch kostengünstig. Obwohl die Technologie mit höheren Materialkosten verbunden ist als herkömmliche Solarzellen, kann dies durch die höhere Effizienz und Leistung der BSF-Solarzellen ausgeglichen werden. Dadurch kann der Einsatz von BSF-Solarzellen zu niedrigeren Kosten pro erzeugtem Watt führen, was ihre wirtschaftliche Attraktivität erhöht.

Insgesamt bieten BSF-Solarzellen eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Solarzellen, darunter höhere Effizienz, Langzeitstabilität, Zuverlässigkeit, Vielseitigkeit und Kosteneffizienz.

Wie wirkt sich die BSF-Technologie auf den Wirkungsgrad von Solarzellen aus?

Im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen, bei denen Ladungsträger durch Reflexion und Rekombination auf der Rückseite der Zelle verloren gehen, reduziert die BSF-Technologie diesen Verlust, indem eine Schicht aus dotiertem Material auf die Rückseite der Solarzelle aufgebracht wird.

Diese Schicht aus dotiertem Material bildet eine Barriere, die das Entweichen von Ladungsträgern auf der Rückseite der Solarzelle verhindert. Das elektrische Feld der dotierten Schicht verringert außerdem die Rekombination von Elektronen und Löchern. Dadurch können mehr Ladungsträger zur Stromerzeugung beitragen, was zu einem höheren Wirkungsgrad der Solarzelle führt. Tatsächlich kann die BSF-Technologie den Wirkungsgrad von Solarzellen um bis zu 1 % steigern.

Der Wirkungsgrad von Solarzellen wird durch den Füllfaktor, die Kurzschlussstromdichte und die Leerlaufspannung bestimmt. Der Füllfaktor ist ein Maß für die Fähigkeit der Solarzelle, aus den erzeugten Ladungsträgern Strom zu gewinnen. Durch den Einsatz von BSF-Solarzellen kann der Füllfaktor erhöht werden, da die dotierte Materialschicht den Verlust von Ladungsträgern auf der Rückseite der Solarzelle verringert.

Die Kurzschlussstromdichte gibt an, wie viel Strom aus der Solarzelle fließt, wenn sie kurzgeschlossen wird. Durch die Verringerung des Ladungsträgerverlustes auf der Rückseite der Solarzelle erhöht die BSF-Technologie die Kurzschlussstromdichte der Solarzelle. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Solarzelle weiter gesteigert werden.

Schließlich wird die Leerlaufspannung der Solarzelle durch die Spannungsdifferenz zwischen dem p- und dem n-dotierten Bereich der Solarzelle bestimmt. Da die BSF-Technologie die Rekombination von Elektronen und Löchern verringert, kann sie auch dazu beitragen, die Leerlaufspannung der Solarzelle zu erhöhen.

Insgesamt wirkt sich die BSF-Technologie positiv auf den Wirkungsgrad von Solarzellen aus, indem sie den Verlust von Ladungsträgern auf der Rückseite der Zelle verringert, den Füllfaktor erhöht, die Kurzschlussstromdichte steigert und die Leerlaufspannung erhöht.

Gibt es Einschränkungen für den Einsatz von BSF-Solarzellen in verschiedenen Anwendungen?

Eine Einschränkung besteht darin, dass die Herstellung von BSF-Solarzellen schwieriger und teurer ist als die herkömmlicher Solarzellen. Die Herstellung der dünnen dotierten Schicht auf der Rückseite der Solarzelle erfordert spezielle Prozesse, die die Herstellungskosten der Zellen erhöhen. Obwohl der höhere Wirkungsgrad von BSF-Solarzellen dazu beitragen kann, die höheren Material- und Herstellungskosten auszugleichen, können die höheren Anfangskosten ein Hindernis für den Einsatz von BSF-Solarzellen in einigen Anwendungen darstellen.

Eine weitere Einschränkung besteht darin, dass BSF-Solarzellen empfindlicher auf Licht- und Temperatureinflüsse reagieren können. Da die dotierte Schicht auf der Rückseite der Solarzelle die Absorption von Licht auf der Rückseite der Zelle erhöht, kann die Schicht die Solarzelle anfälliger für Schäden durch Lichteinwirkung machen. Darüber hinaus kann die erhöhte Absorption von Licht auf der Rückseite der Solarzelle zu einer erhöhten Wärmeerzeugung führen, was zu einem Temperaturanstieg führen kann, der die Effizienz der Solarzelle beeinträchtigt.

Ebenfalls einschränkend ist, dass BSF-Solarzellen aufgrund ihres höheren Wirkungsgrades und ihrer Leistungsmerkmale anfälliger für Verschattung sind. Wenn ein Teil der Solarzelle beschattet wird, können die Ladungsträger in diesem Bereich nicht zur Stromerzeugung beitragen, was den Stromfluss durch die gesamte Solarzelle beeinträchtigen kann. Da BSF-Solarzellen eine höhere Leistungsdichte haben, kann die Abschattung eines kleinen Bereichs zu einem größeren Leistungsverlust führen als bei herkömmlichen Solarzellen.

Insgesamt gibt es einige Einschränkungen für den Einsatz von BSF-Solarzellen in verschiedenen Anwendungen, einschließlich höherer Herstellungskosten, höherer Empfindlichkeit gegenüber Licht- und Temperatureinflüssen und höherer Empfindlichkeit gegenüber Verschattung.

Wie wird die Schicht aus dotiertem Material auf der Rückseite der Solarzelle aufgebracht, um die BSF-Technologie zu realisieren?

Eine der gebräuchlichsten Methoden zum Aufbringen der dotierten Schicht ist die physikalische Gasphasenabscheidung, auch PVD (Physical Vapor Deposition) genannt. Bei diesem Verfahren wird das dotierte Material im Vakuum erhitzt, bis es verdampft und als Dampf auf einer glatten Oberfläche kondensiert, z.B. auf der Rückseite der Solarzelle. Der Dampf des dotierten Materials wird auf die Solarzelle gerichtet und bildet eine dünne Schicht des dotierten Materials auf der Rückseite der Zelle.

Eine weitere Methode zum Aufbringen der dotierten Schicht ist die chemische Gasphasenabscheidung, auch CVD (Chemical Vapor Deposition) genannt. Bei diesem Verfahren wird das dotierte Material in einem Gasstrom gelöst und auf die Solarzelle geleitet. Wenn das dotierte Material auf die Oberfläche der Solarzelle trifft, wird es chemisch reaktiv und bildet eine dünne Schicht des dotierten Materials auf der Rückseite der Solarzelle.

Eine neuere Methode zum Aufbringen der dotierten Schicht ist die Atomlagenabscheidung (Atomic Layer Deposition, ALD). Bei dieser Methode wird Aluminiumoxid (Al2O3) als dotiertes Material verwendet und durch eine chemische Reaktion auf die Oberfläche der Solarzelle aufgebracht. Mit der ALD-Technologie lassen sich sehr dünne und gleichmäßige Schichten aufbringen, wodurch eine gleichmäßige Dotierung der Solarzelle erreicht wird. Diese Methode eignet sich besonders für die Herstellung von Solarzellen auf Siliziumbasis.

Die Wahl der Beschichtungsmethode hängt von verschiedenen Faktoren ab, unter anderem von der Solarzellentechnologie und der gewünschten Dotierungsdichte.

Wie sind Kosten und Verfügbarkeit von BSF-Solarzellen im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen?

Im Allgemeinen sind die Kosten für BSF-Solarzellen höher als für herkömmliche Solarzellen, da für die Herstellung von BSF-Solarzellen eine zusätzliche Schicht aus dotiertem Material erforderlich ist, die mit speziellen Verfahren aufgebracht wird.

Die höheren Kosten von BSF-Solarzellen können jedoch durch ihre höhere Effizienz und Leistung ausgeglichen werden. Durch den geringeren Verlust von Ladungsträgern auf der Rückseite der Solarzelle können bei BSF-Solarzellen mehr Ladungsträger zur Stromerzeugung beitragen, was zu einem höheren Wirkungsgrad der Solarzelle führt. Dadurch können BSF-Solarzellen eine höhere Stromausbeute pro installierter Fläche erzielen, was zu niedrigeren Kosten pro Watt Stromerzeugung führt.

Die Verfügbarkeit von BSF-Solarzellen hängt auch von der Anwendung ab. Für größere Anwendungen wie Solarkraftwerke sind BSF-Solarzellen verfügbar, aber ihre höheren Kosten können ein Faktor sein, der die Entscheidung beeinflusst. Für kleinere Anwendungen wie Solaranlagen auf Hausdächern sind BSF-Solarzellen möglicherweise nicht in ausreichender Menge verfügbar, um den Bedarf zu decken.

Ein weiterer Faktor, der die Verfügbarkeit von BSF-Solarzellen beeinflussen kann, ist die Art der Solarzelle, auf der sie verwendet werden sollen. BSF-Solarzellen können auf monokristalline, polykristalline und amorphe Solarzellen aufgebracht werden, aber ihre Wirkung kann je nach Solarzellentechnologie unterschiedlich sein. Daher kann die Verfügbarkeit von BSF-Solarzellen von der gewünschten Solarzellentechnologie abhängen.

Fazit

Die Back Surface Field (BSF) Technologie wird bei der Herstellung von Solarzellen eingesetzt, um deren Effizienz und Leistung zu verbessern. Herkömmliche Solarzellen verlieren Ladungsträger, die durch Reflexion und Rekombination auf der Rückseite der Zelle entstehen, was zu einem geringeren Wirkungsgrad führt. Die BSF-Technologie verringert diesen Verlust, indem eine Schicht aus dotiertem Material auf die Rückseite der Solarzelle aufgebracht wird. Diese Schicht reduziert die Rekombination von Ladungsträgern und erhöht so den Stromfluss. Die BSF-Technologie ermöglicht die Herstellung von Solarzellen mit höherem Wirkungsgrad, verbessert die Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit der Solarzellen und ist kostengünstig. Allerdings gibt es auch Einschränkungen, die berücksichtigt werden müssen, wie z.B. höhere Herstellungskosten, höhere Empfindlichkeit gegenüber Licht- und Temperatureinflüssen und höhere Empfindlichkeit gegenüber Verschattung.

Nach oben scrollen
Share via
Copy link