Effiziente und kostengünstige Umwandlung von Solarenergie
Photovoltaikmodule (PV), die Sonnenenergie in Strom umwandeln, sind eine vielversprechende und nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen. Verringerte Kosten sollten, bei ausreichendem Wirkungsgrad der Energieumwandlung, zur breiteren Akzeptanz der Solarzellentechnologie beitragen. Ein neuer Ansatz, die sog. Dünnschichtablösung von kristallinem Silizium (c-Si), verspricht sowohl die Kosten- als auch Effizienzfrage zu lösen. Leider beeinträchtigen Verfahrensprobleme die Effizienz und treiben die Kosten im Verhältnis zur Spitzenleistung (Watt-Peak, Wp) in die Höhe. Das EU-finanzierte Projekt "Roll to module processed crystalline silicon thin-films for higher than 20 % efficient modules" (R2M-SI) verspricht, bestehende Einschränkungen aufheben und Dünnschichten in einem fast reibungslosen Verfahren herstellen zu können. Im R2M-SI-Verfahren wird eine sehr dünne c-Si-Folie in einem elektrochemischen Ätzbad von der umgebenden Oberfläche eines monokristallinen Si-Barrens (Ingot) abgelöst. Die Folie wird dann mit geeignetem Klebstoff auf einem hochtemperaturfesten Substrat befestigt. Nach der Ablösung und Befestigung wird die Si-Folie nicht mehr berührt. Die Folie wird an Ort und Stelle epitaktisch verdickt und mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) eine aktive Solarschicht aufgebracht (Emitter). Die Forscher haben aus kostengünstigem Si-Pulver gesinterte Si-Substrate hergestellt und diese an Partner verteilt. Als Aufbringungs- und Epitaxieproben wurden freistehende bzw. halbbefestigte, poröse Si-Schichten hergestellt. Außerdem wurden einige Hochtemperaturklebstoffe ermittelt und getestet. Ein abschließend von den Wissenschaftlern entwickeltes, konstantes Ätzverfahren lieferte bereits erfolgreiche Ergebnisse. Im nächsten Schritt wurde ein Verfahren zur epitaktischen Abscheidung aktiver Solarzellenschichten entwickelt. Alle Projekt- und Lieferziele wurden erreicht und ermöglichten die Entwicklung eines konstanten CVD-Verfahrens (ConCVD) mit hohem Durchsatz. Um die Solarzellen- und Modulverfahren weiter zu erforschen, arbeiten die Wissenschaftler mit Versuchen, Modellen und Simulationen. Erste Verfahrensschritte wurden getestet, optimiert und der Prototyp eines Mini-Moduls realisiert. R2M-SI erwartet, mithilfe des c-Si-Dünnschichtablösungsverfahrens bald ein industriereifes Konzept zur Herstellung hocheffizienter PV-Module zu liefern. Der deutlich geringere Siliziumverbrauch des neuen Verfahrens verbessert die Kosteneffizienz der PV-Technologie, bisher eines ihrer größten Vermarktungsprobleme.
