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Panasonic HIT®-Solarzelle meldet Rekordwirkungsgrad1 von 25,6 %2

Panasonic hat mit einer HIT® Solarzelle einen Wirkungsgrad von 25,6 % (Zellgröße3:
143,7 cm²) erzielt. Damit stellt das Unternehmen nicht nur einen neuen Weltrekord, sondern
durchbricht auch erstmals die Marke von 25% Wirkungsgrad für Zellen in Normalgröße.
Den bisherigen Rekord4 von von 24,7% hatte Panasonic im Februar 2013 für die Zellgröße 101,8
cm² aufgestellt. Für kristalline silikonbasierte Zellen der Größe 4 cm² lag der Rekord bislang bei
25%56 und damit 0,6% unter der nun erreichten Bestmarke.
Möglich wurde der Rekord dank der konstanten Weiterentwicklung der proprietären
Heterojunction-Technologie7, welche die Temperatureigenschaften der Solarzelle verbesserten,
sowie die Rückseitenkontakte, die das Sonnenlicht nun noch besser in Strom umwandeln.

Die wirkungsgradsteigernden technischen Weiterentwicklungen im Überblick:

1. Reduktion der Rekombinationsverluste

Zu den wichtigsten Merkmalen der HIT® Technologie gehört die Fähigkeit zur Reduktion der
Rekombinationsverluste8 der Ladungsträger9. Diese elektrischen Partikel entstehen, wenn das
Sonnenlicht auf die mit hochwertigem amorphen Silikon beschichteten monokristalline

1 Gemäß den Panasonic am 10. April 2014 vorliegenden Angaben für Siliziumzellen jeglicher Größe, bei
denen keinen Lichtkonzentration stattfindet.
2 Ergebnis der Evaluation des National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
(AIST).
3 Die Zellgröße entspricht dem zur Messung freigegebenen Bereich.
4 Gemäß der "Solar cell efficiency tables (version 43)"
[Prog. Photovolt: Res. Appl. 2014; 22:1–9]
5 University of New South Wales (Australia) (March 1999)
6 Solarzellentechnologie bei der die Silizium-Grundschicht mit einer amorphen Siliziumschicht kombiniert wird,
was die Unregelmäßigkeiten in der Grundschicht kompensiert.
7 Widerstandsverluste entstehen dort, wo sich die in der Zelle generierte positive und die negative Ladung
treffen und einander aufheben. Dadurch sinken der Strom und die Spannung, die andernfalls von der Zelle
abgegeben werden könnten.
8 Als Ladungsträger bezeichnet man einen Partikel der sowohl ein Elektron ( also negativ geladenes Teilchen)
enthält als auch ein Defektelektron, das wie eine bewegliche positive Elementarladung wirkt.
9 Der Temperaturkoeffizient gibt den Wert des Verhältnisses der Umwandlungseffizienz an, wenn die
Temperatur um 1°C steigt.
Siliziumschicht trifft, wodurch Energie erzeugt wird. Dank der speziellen Technologie wird ein sehr
hochwertiger amorpher Siliziumfilm sehr schonend auf die monokristalline Schicht aufgedampft.
Dank der minimalisierten Verluste ergibt sich ein sehr niedriger Temperaturkoeffizient10 von -0,25%
/°C, wodurch der Wirkungsgrad selbst bei hohen Temperaturen und hoher Leerlaufspannung
(Voc)11 gehalten werden kann.

2. Minderung des optischen Verlustes
Um die Stromstärke in einer Solarzelle zu erhöhen, muss das eintreffende Sonnenlicht in die
monokristalline Siliziumschicht geleitet werden, da das Licht dort mit weniger Verlust in Strom
gewandelt wird. Das Platzieren der Elektroden als Rückkontakt auf der Gegenseite erleichtert den
Zugang. Weiterhin ergibt sich dadurch eine deutliche Verbesserung der Kurzschlussstromdichte
(Jsc)12 auf 41,8 mA/cm² im Vergleich zum bisherigen Wert von 39.5mA/cm2 (bei Wirkungsgrad
24.7%).
3. Minimierung des Widerstandsverlustes
Bei Solarzellen wird der erzeugte elektrische Strom in den Oberflächenelektroden akkumuliert
und extern ausgegeben. Bislang wurden die Elektrodenschichten auf der dem Licht zugewandten
Seite optimiert, indem man ihre Dicke anpasste (je dünner die Schicht, desto mehr Lichtstrahlen
konnten eindringen), sowie durch die Reduzierung des Widerstandsverlustes. Nachdem die
Elektroden nun auf der Zellrückseite angebracht sind, kann der Widerstandsverlust bei Abgabe des
Stroms an die Oberflächenelektroden reduziert werden.
Zusätzlich wird durch die Verbesserung des Widerstandsverlust in der amorphen Siliziumschicht ein
hoher Füllfaktor (FF)13 von 0,827 erreicht, selbst bei der praktischen Zellgröße.
Panasonic wird die Entwicklung der HIT® kontinuierlich weiter verfolgen, um noch bessere Effizient
bei niedrigeren Kosten und verbesserter Ausschöpfung der verfügbaren Ressourcen zu erzielen.
Die Massenproduktion der Zellen wird angestrebt.
*HIT ist eine eingetragene Marke der Panasonic-Gruppe.

Eigenschaften der Zelle
Leerlaufspannung (Voc)*9 0,740 V
Kurzschlussstrom (Isc)*12 6,01 A
Kurzschlussstromdichte (Jsc)12 41,8 mA/cm2
Füllfaktor (FF)*13 0,827
Zellwirkungsgrad 25,6%
Zellgröße *3 143,7 cm2
 

10 Wert gemessen von Panasonic anhand einer vergleichbaren Zelle.
Der bisherige HIT Temperaturkoeffizient betrug -0,29%/°C. Der Temperaturkoeffizient gewöhnlicher
kristalliner Silizium-Solarzellen liegt bei etwa -0,4 bis -0,5%/°C. Je niedriger der (absolute) Wert,
desto geringer sinkt die Umwandlungseffizienz bei hohen Temperaturen.
11 Leerlaufspannung (Voc) ist die maximale Spannung, die eine Zelle generieren kann
12 Der Kurzschlussstrom (Isc) ist der von einer Solarzelle erzeugte Maximalstrom. Die
Kurzschlussstromdichte (Jsc) wird ermittelt durch Dividieren des Isc durch die Zellgröße.
13 Der Füllfaktor (FF) gibt den maximal erreichbaren Leistung einer Solarzelle an und wird ermittelt, indem
man das Produkt von Stärke und Spannung durch das Produkt von Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom
teilt; je näher an 1, desto besser das Ergebnis

 

 

 

 

 

10.04.2014


Panasonic Corporation today announced that it has achieved a conversion efficiency of 25.6% (cell area*3: 143.7 cm2) in its HIT® solar cells, a major increase over the previous world record for crystalline silicon-based solar cells.
The previous record*4 for the conversion efficiency of crystalline silicon-based solar cells of a practical size (100 cm2 and over) was 24.7%, as announced by Panasonic in February 2013 (cell area: 101.8 cm2). The new record is 0.9 points higher and the first to break through the 25% barrier for practical size cells.
This new record is also an improvement of 0.6 points over the previous record for small area crystalline silicon-based solar cells (cell area: 4 cm2) of 25.0%*4, 5.
The achievement of this new record was made possible by further development of Panasonic’s proprietary heterojunction technology*6 to realize the high conversion efficiency and superior high temperature properties of the company’s HIT solar cells as well as adopting a back-contact solar cell structure, with the electrodes on the back of the solar cell, which allows the more efficient utilization of sunlight.

Outline of the core technologies behind the record conversion efficiency

1. Reduction in recombination loss 

A key feature of HIT technology is its ability to reduce the recombination loss*7 of charge carriers*8, particles of electricity generated by light, through laminating layers of high-quality amorphous silicon on the surface of the monocrystalline silicon substrate, where power is generated. By utilizing the technology to form a high-quality amorphous silicon film on the monocrystalline substrate while minimizing damage to the surface of the substrate, it has been possible to realize a high temperature coefficient*9 of -0.25% per degree Celsius*10 which is able to maintain a high conversion efficiency even with high open circuit voltage (Voc)*11 and at high temperatures.


2. Reduction in optical loss
In order to increase the current in a solar cell, it is necessary to lead the sunlight which arrive at the cell's surface to the monocrystalline silicon substrate, which is the layer which generates the power with less loss. Placing the electrodes on the reverse as back contacts allows the light to reach the substrate more efficiently. This has led to a marked improvement in short circuit current density (Jsc)*12 to 41.8mA/cm2 over Panasonic's previous figure of 39.5mA/cm2 (in the case of a cell with a conversion efficiency of
24.7%).


3. Minimizing resistance loss
In solar cells, the generated electrical current is accumulated in the surface grid electrodes and output externally. Previously, the grid electrodes on the light-receiving side were optimized by balancing the thickness of the grid electrodes (thinning the grid electrodes to reduce the amount of light blocked) and the reduction of electrical resistance loss, but by placing the electrodes on the reverse side, it has become possible to reduce the resistive loss when the current is fed to the grid electrodes. In addition, a high fill factor (FF)*13 of 0.827, has been achieved, even at a practical cell size by improving resistance loss in the amorphous silicon layer.
Going forward, Panasonic will continue to pursue technology development of its HIT solar cells, aimed at realizing higher efficiency, lower costs and the more efficient use of resources, and will work towards mass production.


*HIT is a registered trademark of the Panasonic Group.

Cell properties
Open-circuit voltage (Voc)*9   0.740 V
Short circuit current (Isc)*12   6.01 A
Short circuit current density (Jsc)*12   41.8 mA/cm2
Fill factor (FF)*13   0.827
Cell conversion efficiency 25.6%
Cell area*3   143.7 cm2
 


*1 According to research by Panasonic as of April 10, 2014, for non-concentrating silicon solar
cells (regardless of cell area).
*2 Result of evaluations at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
(AIST).
*3 The cell area is the area opened by the masks.
*4 Judged from the "Solar cell efficiency tables (version 43)" [Prog. Photovolt: Res. Appl. 2014; 22:1–9]
*5 University of New South Wales (Australia) (March 1999)
*6 Technology for junction formation required for solar cells that covers the silicon base surface with an amorphous silicon layer. Has the key feature of superior passivation to compensate for the many flaws around the silicon base surface area.
*7 Resistive loss is where positive and negative charges generated in the solar cell combine and are consequently lost inside the cell, lowering the current and voltage that can be output and accordingly decreasing the solar cell's output.
*8 The charge carrier is a particle of electricity containing an electron (negative) and a hole (positive). While the electron has a negative charge, the hole has a positive charge left from the disappearance of an electron.
*9 The temperature coefficient is a value expressing the ratio of conversion efficiency changes when the temperature rises by one degree.
*10 Value measured by Panasonic in assessing a similar cell. The previous HIT temperature coefficient was -0.29% per degree Celsius. The temperature coefficient of ordinary crystalline silicon solar cells is around -0.4 to -0.5% per degree Celcius. The lower the (absolute) value, the less the conversion efficiency drops under high temperatures.
*11 Open-circuit voltage (Voc) is the maximum voltage the cell can generate.
*12 The short circuit current (Isc) is the maximum current generated from a solar cell. The short circuit current density (Jsc) is the value found by dividing the Isc by the cell area.
*13 The fill factor (FF) is a value gained by dividing the maximum obtainable power of the solar cell by to the product of the open-circuit voltage and short-circuit current; the closer to 1 this is, the better the result.