Eine günstigere und effizientere flexible Photovoltaiktechnik
Die Entwicklung effizienter Photovoltaikzellen ist ein wesentlicher Programmpunkt des strategischen Forschungsplans (Strategic Research Agenda, SRA) der EU. Für eine großflächige Marktaufnahme müssen die implementierten Technologien allerdings kostengünstig und für die Massenfertigung geeignet sein. Aus diesem Grund wurden im Rahmen des Projekts R2R-CIGS (Roll-to-roll manufacturing of high efficiency and low cost flexible CIGS solar modules) Rolle-zu-Rolle-Verfahren (roll-to-roll, R2R) entwickelt und verfeinert, um die Legierung Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (copper indium gallium selenide, CIGS) auf ein Polymersubstrat abzulagern. Hierdurch sind weitere Kostensenkungen im Vergleich zu herkömmlichen Siliciumtechniken möglich. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Module flexibel und leicht sind und so auf unregelmäßigen Oberflächen wie Gebäudefassaden angebracht werden können. Die ambitionierten von R2R-CIGS festgelegten Zielproduktionskosten sind erreichbar, wenn die Effizienz flexibler Solarzellen mit der von Glassubstrat-basierten Solarzellen vergleichbar ist. Es kann mit einer Energieumwandlungseffizienz der Module von bis zu 16 % gerechnet werden. Im Zuge von R2R-CIGS wurden die hochmodernen CIGS-Solarzellen durch Modifizierung der strukturellen, chemischen und elektrischen Merkmale im Nanobereich verbessert. Es wurde ein vakuumbasiertes Kathodenverdampfungsverfahren entwickelt und für die R2R-Ablagerung einer CIGS-Leistungsumwandlungsschicht im Nanomaßstab auf Polymerfolie verfeinert. Ein innovatives R2R-Atomlagenabscheidungsverfahren ermöglichte die Herstellung cadmiumfreier Pufferschichten. Die Projektmitglieder entwickelten außerdem ein automatisiertes Lasergravurverfahren für Dünnfilmschichten auf leichten Polymersubstraten, das monolithisch verbundene flexible Solarmodule ermöglichte. Die Wissenschaftler konnten ferner einen plasmaunterstützten CVD-Injektor in einen industriellen CVD-Reaktor integrieren und neue Ausrüstung für das DC-Sputtern auf einer R2R-Pilotanlage installieren. Das Konsortium erforschte zudem verschiedene Ansätze zur Entwicklung feuchtigkeitsabschirmender Beschichtungen, um flexible Solarzellen und andere wasserempfindliche Produkte zu schützen. R2R-CIGS hat die Markteinführung flexibler CIGS-Module durch die Bereitstellung von Verfahren und Equipmentlösungen in einem industriellen Maßstab beschleunigt. Diese können zur Herstellung hocheffizienter, kostengünstiger und leichter CIGS-Module verwendet werden. Das Polyimidsubstrat ermöglichte die Integrierung von CIGS-Modulen in kostengünstige und leichte Gebäudekomponenten sowie Transportanwendungen. Die im Rahmen von R2R-CIGS entwickelten Techniken und Verfahren können ebenfalls für die Herstellung großflächiger flexibler Elektronikanwendungen, Beleuchtungen und Displays genutzt werden
Schlüsselbegriffe
Photovoltaik, flexibel, Rolle-zu-Rolle, Solar, Modul, Herstellung, Atomlagenabscheidung.
