Back Surface Field

 

BSF

 
 

Das Back-Surface-Field macht die Photovoltaik effizienter

Das Back Surface Field (BSF) – oder Rückseitenfeld – gehört zum Schichtaufbau der Solarzelle. Es ist ein Feld an der Zell-Rückseite, dessen Aufgabe es ist, die Solarzelle rückwärtig zu versiegeln.
Wie das Back Surface Field funktioniert und auf welche Weise es die Effizienz der Solarzelle erhöht, lesen Sie hier.

Das Back Surface Field und seine Funktion

Wafer-Solarzellen bestehen aus verschiedenen Schichten von Silizium. Die beiden wichtigsten Schichten für die Funktion der Solarzelle sind:

  • die negativ leitende (“p-leitende") Siliziumschicht
  • und die positiv leitende (“p-leitende") Siliziumlage.

Die negativ leitende Schicht liegt an der Oberseite der Solarzelle, sie absorbiert das Licht der Sonne und setzt seine Energie in bewegliche geladene Teilchen um: Unter dem Einfluss der Solarenergie trennen sich negativ geladene Elektronen und positiv geladene Atomkerne, in denen die Elektronen zuvor gebunden waren.




Die positiv leitende Schicht liegt an der Unterseite. Über sie werden die negativen Teilchen zurückgeführt in die Solarzelle und mit den Atomkernen vereint. Auf der Außenseite der p-leitenden Schicht liegt das Back Surface Field.

Das Back Surface Field als Spiegel

Back Surface Field

Zum Vergrößern bitte anklicken
Back Surface Field als Fangnetz
© 2013 nau nach Mertens (2011)

Das Back Surface Field liegt im äußerst gelegenen Bereich des positiv leitenden Siliziums – darin bildet es eine zusätzliche Schicht, welche die austretenden, verlorenen Elektronen ins Silizium zurückspiegelt.

Wie funktioniert das Back Surface Field auf atomarer Ebene?

Die auf der n-leitende Schicht vom Licht freigesetzten Elektronen haben die Angewohnheit, binnen weniger Millisekunden wieder in ein freies Loch bei ihrem Atomkern zurückzufallen – ein Vorgang, der als Rekombination bezeichnet wird.
In der Solarzelle ist diese Rekombination höchst unerwünscht: Denn Elektronen, die sich wieder mit ihrem Atomkern zusammenschließen, sind nicht länger frei beweglich – damit tragen sie nicht mehr zur Solarstromproduktion bei.

Ein besonders heikler Ort für uner­wünschte Rekombinationen sind die Sili­ziumoberflächen. Die Elek­tronen der Siliziumatome finden hier keine negativen Teilchen im Kris­tallgitter, an welche sie sich binden könnten. Die ungebundenen Elektronen wirken in der Zelle wie Störstellen, die das unerwünschte Rekombinieren noch zusätzlich anheizen.
Das Back Surface Field nun versiegelt eben diese offenen Bindungen an der Rückseite der Solarzelle – und verhindern die Rekombination. An der Vorderseite übernimmt diese Funktion die Antireflexschicht.

Das Back Surface Field als Elektronen-Fangnetz

Die Wirkung des Back Surface Fields kann man sich wie die eines Fangnetzes vorstellen. Das BSF fängt die im Bereich der Rückseitenkontakte vom Licht freigesetzten Elektronen ein – und wirft sie zurück in Richtung Solarzellen-Kern, noch bevor sie rekombinieren können.

Das Back-Surface-Field macht die Photovoltaik effizienter

Das Back Surface Field (BSF) – oder Rückseitenfeld – gehört zum Schichtaufbau der Solarzelle. Es ist ein Feld an der Zell-Rückseite, dessen Aufgabe es ist, die Solarzelle rückwärtig zu versiegeln.
Wie das Back Surface Field funktioniert und auf welche Weise es die Effizienz der Solarzelle erhöht, lesen Sie hier.

Das Back Surface Field und seine Funktion

Wafer-Solarzellen bestehen aus verschiedenen Schichten von Silizium. Die beiden wichtigsten Schichten für die Funktion der Solarzelle sind:

  • die negativ leitende (“p-leitende") Siliziumschicht
  • und die positiv leitende (“p-leitende") Siliziumlage.

Die negativ leitende Schicht liegt an der Oberseite der Solarzelle, sie absorbiert das Licht der Sonne und setzt seine Energie in bewegliche geladene Teilchen um: Unter dem Einfluss der Solarenergie trennen sich negativ geladene Elektronen und positiv geladene Atomkerne, in denen die Elektronen zuvor gebunden waren.




Die positiv leitende Schicht liegt an der Unterseite. Über sie werden die negativen Teilchen zurückgeführt in die Solarzelle und mit den Atomkernen vereint. Auf der Außenseite der p-leitenden Schicht liegt das Back Surface Field.

Das Back Surface Field als Spiegel

Back Surface Field

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Back Surface Field als Fangnetz
© 2013 nau nach Mertens (2011)

Das Back Surface Field liegt im äußerst gelegenen Bereich des positiv leitenden Siliziums – darin bildet es eine zusätzliche Schicht, welche die austretenden, verlorenen Elektronen ins Silizium zurückspiegelt.

Wie funktioniert das Back Surface Field auf atomarer Ebene?

Die auf der n-leitende Schicht vom Licht freigesetzten Elektronen haben die Angewohnheit, binnen weniger Millisekunden wieder in ein freies Loch bei ihrem Atomkern zurückzufallen – ein Vorgang, der als Rekombination bezeichnet wird.
In der Solarzelle ist diese Rekombination höchst unerwünscht: Denn Elektronen, die sich wieder mit ihrem Atomkern zusammenschließen, sind nicht länger frei beweglich – damit tragen sie nicht mehr zur Solarstromproduktion bei.

Ein besonders heikler Ort für uner­wünschte Rekombinationen sind die Sili­ziumoberflächen. Die Elek­tronen der Siliziumatome finden hier keine negativen Teilchen im Kris­tallgitter, an welche sie sich binden könnten. Die ungebundenen Elektronen wirken in der Zelle wie Störstellen, die das unerwünschte Rekombinieren noch zusätzlich anheizen.
Das Back Surface Field nun versiegelt eben diese offenen Bindungen an der Rückseite der Solarzelle – und verhindern die Rekombination. An der Vorderseite übernimmt diese Funktion die Antireflexschicht.

Das Back Surface Field als Elektronen-Fangnetz

Die Wirkung des Back Surface Fields kann man sich wie die eines Fangnetzes vorstellen. Das BSF fängt die im Bereich der Rückseitenkontakte vom Licht freigesetzten Elektronen ein – und wirft sie zurück in Richtung Solarzellen-Kern, noch bevor sie rekombinieren können.

Das Back-Surface-Field macht die Photovoltaik effizienter

Das Back Surface Field (BSF) – oder Rückseitenfeld – gehört zum Schichtaufbau der Solarzelle. Es ist ein Feld an der Zell-Rückseite, dessen Aufgabe es ist, die Solarzelle rückwärtig zu versiegeln.
Wie das Back Surface Field funktioniert und auf welche Weise es die Effizienz der Solarzelle erhöht, lesen Sie hier.

Das Back Surface Field und seine Funktion

Wafer-Solarzellen bestehen aus verschiedenen Schichten von Silizium. Die beiden wichtigsten Schichten für die Funktion der Solarzelle sind:

  • die negativ leitende (“p-leitende") Siliziumschicht
  • und die positiv leitende (“p-leitende") Siliziumlage.

Die negativ leitende Schicht liegt an der Oberseite der Solarzelle, sie absorbiert das Licht der Sonne und setzt seine Energie in bewegliche geladene Teilchen um: Unter dem Einfluss der Solarenergie trennen sich negativ geladene Elektronen und positiv geladene Atomkerne, in denen die Elektronen zuvor gebunden waren.




Die positiv leitende Schicht liegt an der Unterseite. Über sie werden die negativen Teilchen zurückgeführt in die Solarzelle und mit den Atomkernen vereint. Auf der Außenseite der p-leitenden Schicht liegt das Back Surface Field.

Das Back Surface Field als Spiegel

Back Surface Field

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Back Surface Field als Fangnetz
© 2013 nau nach Mertens (2011)

Das Back Surface Field liegt im äußerst gelegenen Bereich des positiv leitenden Siliziums – darin bildet es eine zusätzliche Schicht, welche die austretenden, verlorenen Elektronen ins Silizium zurückspiegelt.

Wie funktioniert das Back Surface Field auf atomarer Ebene?

Die auf der n-leitende Schicht vom Licht freigesetzten Elektronen haben die Angewohnheit, binnen weniger Millisekunden wieder in ein freies Loch bei ihrem Atomkern zurückzufallen – ein Vorgang, der als Rekombination bezeichnet wird.
In der Solarzelle ist diese Rekombination höchst unerwünscht: Denn Elektronen, die sich wieder mit ihrem Atomkern zusammenschließen, sind nicht länger frei beweglich – damit tragen sie nicht mehr zur Solarstromproduktion bei.

Ein besonders heikler Ort für uner­wünschte Rekombinationen sind die Sili­ziumoberflächen. Die Elek­tronen der Siliziumatome finden hier keine negativen Teilchen im Kris­tallgitter, an welche sie sich binden könnten. Die ungebundenen Elektronen wirken in der Zelle wie Störstellen, die das unerwünschte Rekombinieren noch zusätzlich anheizen.
Das Back Surface Field nun versiegelt eben diese offenen Bindungen an der Rückseite der Solarzelle – und verhindern die Rekombination. An der Vorderseite übernimmt diese Funktion die Antireflexschicht.

Das Back Surface Field als Elektronen-Fangnetz

Die Wirkung des Back Surface Fields kann man sich wie die eines Fangnetzes vorstellen. Das BSF fängt die im Bereich der Rückseitenkontakte vom Licht freigesetzten Elektronen ein – und wirft sie zurück in Richtung Solarzellen-Kern, noch bevor sie rekombinieren können.

 

Dort werden sie vom elektrischen Feld der Raumladungszone in Empfang genommen und durch die n-leitende Schicht zu den Vorderseitenkontakten weitergeleitet.
Da es hier kaum freie Löcher gibt, ist die Gefahr der Rekombination minimal: Die vom Back Surface Field eingefangenen Elektronen werden mit hoher Wahrscheinlichkeit zur Stromerzeugung der Solarzelle beitragen.

Möchten Sie sich kostenlos eine Anlage zur Solarstrom-Erzeugung individuell für Ihr Dach berechnen lassen?

Jetzt kostenlos berechnen

Wie das Rückseitenfeld entsteht

BSF in der Herstellung

Zum Vergrößern bitte anklicken
BSF in der Produktion
von Solarzellen
© 2013 nau nach Mertens (2011)

Das Einbringen des Back Surface Fields erfolgt bei der Herstellung von Dickschicht-Solarzellen im vorletzten Arbeitsschritt – im Zuge des soge­nannten Kontaktfeuerns.
Bei diesem Prozess härten unter großer Hitze (ca. 800°C) zum einen die Metallkontakte an der Vorder- und Rückseite aus. Zum anderen beginnen durch die hohen Temperaturen einzelne Atome aus der Aluminiumschicht des Rück­seitenkontakts in das p-leitende Silizium einzu­dringen.
Auf diese Weise reichern die Solaringenieure die positiv leitende Siliziumschicht in einem schmalen Bereich gezielt mit Aluminiumatomen an.

Durch diesen Vorgang entsteht im Silizium ein besonders hoch p-dotierter Bereich (p+-Dotierung) – i.e. eine Siliziumschicht, die mehr positiv geladene Teilchen enthält als die p-leitende Lage selbst.
Das Konzentrationsgefälle zwischen beiden gleicht das Silizium durch einen gegenseitigen Teilchenstrom aus. Dabei bleiben auf einer Seite ortsfeste, negativ geladene Atome zurück, wodurch sich am am Übergang zwischen p-leitender und hoch p-dotierter Schicht (der sogenannte “pp+-Übergang") ein elektrisches Feld – das Back Surface Field – bildet.

Solarzellen im Zusammenspiel

Zur individuellen Berechnung

Dort werden sie vom elektrischen Feld der Raumladungszone in Empfang genommen und durch die n-leitende Schicht zu den Vorderseitenkontakten weitergeleitet.
Da es hier kaum freie Löcher gibt, ist die Gefahr der Rekombination minimal: Die vom Back Surface Field eingefangenen Elektronen werden mit hoher Wahrscheinlichkeit zur Stromerzeugung der Solarzelle beitragen.

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Wie das Rückseitenfeld entsteht

BSF in der Herstellung

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von Solarzellen
© 2013 nau nach Mertens (2011)

Das Einbringen des Back Surface Fields erfolgt bei der Herstellung von Dickschicht-Solarzellen im vorletzten Arbeitsschritt – im Zuge des soge­nannten Kontaktfeuerns.
Bei diesem Prozess härten unter großer Hitze (ca. 800°C) zum einen die Metallkontakte an der Vorder- und Rückseite aus. Zum anderen beginnen durch die hohen Temperaturen einzelne Atome aus der Aluminiumschicht des Rück­seitenkontakts in das p-leitende Silizium einzu­dringen.
Auf diese Weise reichern die Solaringenieure die positiv leitende Siliziumschicht in einem schmalen Bereich gezielt mit Aluminiumatomen an.

Durch diesen Vorgang entsteht im Silizium ein besonders hoch p-dotierter Bereich (p+-Dotierung) – i.e. eine Siliziumschicht, die mehr positiv geladene Teilchen enthält als die p-leitende Lage selbst.
Das Konzentrationsgefälle zwischen beiden gleicht das Silizium durch einen gegenseitigen Teilchenstrom aus. Dabei bleiben auf einer Seite ortsfeste, negativ geladene Atome zurück, wodurch sich am am Übergang zwischen p-leitender und hoch p-dotierter Schicht (der sogenannte “pp+-Übergang") ein elektrisches Feld – das Back Surface Field – bildet.

Solarzellen im Zusammenspiel

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Dort werden sie vom elektrischen Feld der Raumladungszone in Empfang genommen und durch die n-leitende Schicht zu den Vorderseitenkontakten weitergeleitet.
Da es hier kaum freie Löcher gibt, ist die Gefahr der Rekombination minimal: Die vom Back Surface Field eingefangenen Elektronen werden mit hoher Wahrscheinlichkeit zur Stromerzeugung der Solarzelle beitragen.

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Das Einbringen des Back Surface Fields erfolgt bei der Herstellung von Dickschicht-Solarzellen im vorletzten Arbeitsschritt – im Zuge des soge­nannten Kontaktfeuerns.
Bei diesem Prozess härten unter großer Hitze (ca. 800°C) zum einen die Metallkontakte an der Vorder- und Rückseite aus. Zum anderen beginnen durch die hohen Temperaturen einzelne Atome aus der Aluminiumschicht des Rück­seitenkontakts in das p-leitende Silizium einzu­dringen.
Auf diese Weise reichern die Solaringenieure die positiv leitende Siliziumschicht in einem schmalen Bereich gezielt mit Aluminiumatomen an.

Durch diesen Vorgang entsteht im Silizium ein besonders hoch p-dotierter Bereich (p+-Dotierung) – i.e. eine Siliziumschicht, die mehr positiv geladene Teilchen enthält als die p-leitende Lage selbst.
Das Konzentrationsgefälle zwischen beiden gleicht das Silizium durch einen gegenseitigen Teilchenstrom aus. Dabei bleiben auf einer Seite ortsfeste, negativ geladene Atome zurück, wodurch sich am am Übergang zwischen p-leitender und hoch p-dotierter Schicht (der sogenannte “pp+-Übergang") ein elektrisches Feld – das Back Surface Field – bildet.

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