Dünnschichtsolarzellen bereit für großes Wachstum
Das Projektteam von "New concepts for high efficiency and low cost in-line manufactured flexible CIGS solar cells" (HIPOCIGS) entwickelte und erprobte eine Reihe neuer Materialien und Fertigungsprozesse auf Basis von Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Dünnschichttechnologie (copper indium gallium selenium, CIGS) zur Fertigung flexibler Solarzellen. Die Kosten der Solarzellenproduktion werden von den Rohmaterialkosten beeinflusst. Die Siliziumknappheit zu Beginn des Projekts hat die Materialkosten für silizium-basierte Solarzellen hochgetrieben. Dieser Mangel bildet die Motivation für Investitionen in alternative Dünnschichttechnologien. Die HIPOCIGS-Forscher erprobten verschiedene kostengünstige Materialien und flexible Substrate, um die angezielte Materialqualität und die Kosten auszubalancieren und die vorteilhafteste Kombination zu finden. Dünnschichttechnologie basiert auf verdampften / oder gesputtertem Material aus einer Zielquelle, das auf ein flexibles Substrat aufgetragen wird. Die abgeschiedenen Dünnfilme sind hauchdünn, bis zu einigen Mikrometern Dicke, und deshalb ist nur eine geringe Menge an Material nötig, um die Ziele in Bezug auf die Dicke zu erreichen. Folglich können mit Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid auf drastische Weise die Kosten der Herstellung bei hoher Produktionsausbeute gesenkt werden. Die Untersuchungen erstreckten sich auf verschiedene Typen flexibler Substrate, auch auf Polyimidsubstrate, die gemäß dem bestehenden Stand der Technik für die industrielle Produktion bereitstanden. Anders als Glassubstrate erfordern diese flexible Substrate eine externe Zufuhr von Natrium (Na), um hohe Wirkungsgrade zu erzielen. Neben verschiedenen Methoden der Na-Zufuhr prüften die HIPOCIGS-Forscher sämtliche Aspekte der CIGS-Abscheidung einschließlich der Auswirkungen unterschiedlicher Dicken von CIGS-Absorbern auf die Solarzellenleistung. Nach drei Jahren Forschung wurden ausgezeichnete Wirkungsgrade auf verschiedenen Substraten unter Einsatz der Niedertemperatur-CIGS-Abscheidung durch Co-Verdampfung erzielt. Zudem erzielte man höhere Wirkungsgrade unter Einsatz von emailliertem Stahl, wobei die Emaillezusammensetzung derart angepasst wurde, dass sie ebenso als Quelle von Alkalimetallen (etwa Na) dient. Bis zum Ende des HIPOCIGS-Projekt hat es die Dünnschicht-CIGS-Solarzellenfertigung aus dem Labor in die Produktionshalle geschafft. Diese Resultate und das im Lauf des Projekts hinzugewonnene Wissen werden der europäischen Photovoltaikforschung einen Spitzenplatz in Sachen CIGS-Technologie verschaffen. Mit den CIGS-Dünnschichtsolarzellen hat das HIPOCIGS-Team einen bedeutenden Beitrag zur Entwicklung der nächsten Generation umweltfreundlicher Energie geleistet.
Schlüsselbegriffe
Dünnschicht, Dünnfilm, Photovoltaik, Solarenergie, Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid, CIGS, Solarzellen, Silizium, flexibles Substrat, Polyimid, industrielle Fertigung, Glas, Stahl, Emaille, umweltfreundliche Energie