Kurzbeschreibung
CIGS Dünnschicht-Solarzellentechnologie hat sich gegenüber der Silizium-Technologie in den letzten zehn Jahren zu einem ernstzunehmenden Mitbewerber im PV-Markt entwickelt. Der Rekord-Wirkungsgrad einer CIGS-Zelle liegt derzeit bei 22,9 % (Solar Frontier, Japan), und damit sehr nahe am Silizium Rekord von 26,6 % (Kaneka Corporation, Japan). Biegsame CIGS-Dünnschichtphotovoltaik kann kostengünstig in Rolle-zu-Rolle Anlagen produziert werden. Das geringe Gewicht, die Biegsamkeit und die Möglichkeit innovative individualisierbare Verschaltungskonzepte anzuwenden eröffnen neue Märkte und Anwendungsgebiete für die Photovoltaik. Die Firma Sunplugged entwickelt sehr leichte, biegsame CIGS-PV-Module mit internationalen Alleinstellungmerkmalen: Der innovative SunP-CIGS-Prozess und das industriell geeignete Monoscribe-Verschaltungskonzept, welches eine individuell anpassbare Geometrie und elektrische Ausgangsspannung ermöglicht, erlaubt es einen internationalen vergleichsweise hochpreisigen Nischenmarkt in der PV zu erschließen. Beispiele hierfür sind unter anderem Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Einsatz in Expeditionen, für Sensorik, Wearables, oder die Gebäudeintegration. Sunplugged hat einen Technologie-Reifegrad erreicht, der die Herstellung voll funktionsfähiger PV-Module zulässt. Bis dato wurden 11 % Spitzenwirkungsgrad auf Zellebene und 7 % auf Modulebene erreicht. Ziel des vorliegenden Projekts ist es, die Wirkungsgrade auf ein wirtschaftliches Niveau zu heben (Spitzenwirkungsgrad auf Zellebene 17 %, Modulebene eine durchschnittliche Effizienz 12 %). Aufgrund der Komplexität und der Vielfalt an einsetzbaren Technologien (Beschichtungsverfahren, Laserequipment, Druckverfahren, …) ist es für Sunplugged unverzichtbar, diese wissenschaftlich und systematisch zu evaluieren, um einerseits die Zielwirkungsgrade zu erreichen und andererseits die für eine industrielle Produktion anstehenden Investitionen optimal zu platzieren. Hierfür sind in diesem Vorhaben folgende Schritte geplant: • der CIGS Absorber wird optimiert (optimierter Gallium-Gradient durch Sputtern von purem Gallium; Entwicklung einer Prozesskontrolle, die eine Echtzeit-Regulierung von Prozessparametern erlaubt; Prozessoptimierung durch gezielte Nachstellung von Prozessbedingungen in Forschungsanlage am Helmholtz-Zentrum Berlin); • Entwicklung und Optimierung einer Rolle-zu-Rolle-Maschine für gesputterte All-in-One cadmiumfreie Frontschichten (Aufbau des Innenlebens mit Fokus auf Optimierung der Magnetrons; geeignete Materialwahl für Puffer-, Window-, und Frontkontaktschicht; Prozessoptimierung des Frontschichtsystems) • Verminderung der Verschaltungsverluste von derzeit 40 % auf 20 % (Laserstrukturierung mithilfe eines fs-Kurzpulslasers; Minimierung der inaktiven Fläche; Evaluierung von alternativen Druckverfahren; alternative Verfahren zur Endkontaktierung)