Kostengünstige Beschichtungsprozesse für Dünnfilme
Photovoltaik (PV) auf Grundlage von Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) ist eine der drei Haupttechnologien für Photovoltaikdünnschichten, die bei Solarzellen zum Einsatz kommen. Obwohl diese Technik bereits die Massenproduktion erreicht hat, ist sie derzeit noch auf teure und schwierig steuerbare Vakuumabscheidungsprozesse angewiesen. Wissenschaftler initiierten das Projekt SCALENANO(öffnet in neuem Fenster), um eine nicht auf Vakuum basierende Alternative mit umweltfreundlich ablaufenden Prozessen zu entwickeln, deren Grundlage das galvanische Abscheidens von Nanopartikeln des Vorstufenmaterials ist. Dieser Prozess führt zu einer besseren lateralen Homogenität der Vorstufen. Die Projektmitglieder konzentrieren sich auf die Verbesserung der Solarzellenarchitekturen, indem man durch galvanisches Abscheiden auf einer transparenten leitfähigen Oxidschicht (TCO) Zinkoxid-Nanostäbchen-Arrays wachsen lässt. Man entwickelt vor Ort erfolgende Online-Qualitätskontroll- und Überwachungsverfahren, um Prozesse ohne Vakuum bei großflächigen Substraten realisieren zu können. Neben dem Elektroplattieren arbeiten die Forscher an der Validierung und Entwicklung alternativer Prozesse zur Fertigung der nächsten Generation von Zellen und Modulen auf Chalkogenidbasis. Die vielversprechendsten Verfahren waren die elektrostatische spritzgestützte Gasphasenabscheidung (Electrostatic spray-assisted vapour deposition, ESAVD) und die chemische Gasphasenabscheidung. Man bewertete Kësterit-Absorbermaterialien hinsichtlich ihrer Eignung als Ersatzmaterial für das kaum verfügbare Indium für die Dünnschichtsolarzellen der Zukunft. Die Wissenschaftler haben bereits Vorstufensysteme zur weiteren Optimierung ermittelt und diese auf zuverlässige Weise unter Einsatz leicht skalierbarer Technologie hergestellt. Sie konnten bei einer elektrisch abgeschiedenen CIGS-Schicht mit einer Fläche von 30 x 60 cm2 mit Erfolg einen Wirkungsgrad von bis zu 12 % demonstrieren. Es wurde ein Kësterit-Bauelement aus galvanisch abgeschiedenen Metallvorstufen entwickelt und außerdem wurden Chalkogenidschichten auf Basis von ESAVD auf einem Glassubstrat abgeschieden. Außerdem konnten die ersten TCO mittels galvanischer Abscheidung, ESAVD, oder chemische Badabscheidung (Chemical Bath Deposition) synthetisiert werden. SCALENANO plant die Bereitstellung kostengünstiger Abscheidungstechnologie zur Abscheidung funktionaler Photovoltaik-Dünnfilmschichten. Die Endprodukte werden die Realisierbarkeit einer effizienten Energieumwandlung bei deutlich reduzierten Kosten im Vergleich zu konventionellen Beschichtungsverfahren demonstrieren.
