« Projekte
Sie verwenden einen sehr veralteten Browser und können Funktionen dieser Seite nur sehr eingeschränkt nutzen. Bitte aktualisieren Sie Ihren Browser. http://www.browser-update.org/de/update.html
Neue Halbleiter-Materialien für CdTe Photovoltaik-Module
Projektbearbeiter:
Dr. Volker Naumann
Finanzierung:
EU - EFRE Sachsen-Anhalt ;
 
EUROPÄISCHE UNION - EFRE -  Europäischer Fonds für regionale Entwicklung
Das nächste Level für Dünnschicht-Solarmodule
 
Hoher Wirkungsgrad bei niedrigeren Herstellungskosten: Mit diesen Qualitäten gewinnen Dünnschicht-Solarmodule weltweit Marktanteile. Besonders vielversprechend sind dabei Module auf Basis von Cadmiumtellurid (CdTe). Ihr Potenzial auszuschöpfen und für die Fertigung im Industriemaßstab nutzbar zu machen, ist das Ziel eines gemeinsamen Projektes des Fraunhofer CSP und der Calyxo GmbH.
 
Rund 90 Prozent der weltweit installierten Photovoltaik-Anlagen arbeiten mit Solarzellen aus kristallinem Silizium. Dabei haben Dünnschicht-Module etliche Vorteile: Sie sind leichter, kommen besser mit Verschattungen zurecht und liefern bei Schwachlichtbedingungen höhere Erträge. Auch in der Herstellung gibt es deutliche Pluspunkte für die Dünnschichtphotovoltaik: Der Energie- und Materialverbrauch bei der Herstellung ist deutlich geringer, was die Fertigungskosten senkt und beim wichtigen Verhältnis von Kosten zu Stromertrag schon bei kleineren Stückzahlen für konkurrenzfähige Werte sorgt.
 
Die Calyxo GmbH hat sich auf die Herstellung solcher Dünnschichtsolarmodule spezialisiert. Solche Module bestehen aus mehreren Lagen von photosensiblen Schichten, die nur wenige Mikrometer dünn sind und zwischen einer durchsichtigen Front-Abdeckplatte und einer Glasrückplatte aufgebracht werden. Der Multilagenschichtstapel wird durch die sequenzielle Abscheidung von mehreren Einzelschichten hergestellt, die verschiedene, aufeinander abgestimmte Halbleitereigenschaften haben.
 
Die Firma aus dem Solar Valley bei Bitterfeld setzt dabei auf die Cadmiumtellurid-Technologie. Diese hat im Labormaßstab bereits ihre Leistungsfähigkeit hinsichtlich Wirkungsgrad (> 18,7 Prozent) und Kosteneffizienz (< 0,35 Euro pro Wp) bewiesen. Diese Rekordergebnisse konnten durch den Einsatz von neuen Halbleitermaterialien erreicht werden. Gemeinsam mit dem Fraunhofer CSP wird in einem Projekt daran gearbeitet, dieses Potenzial zu realisieren. Wesentlicher Hebel dabei ist der Einsatz von neuen Halbleiter-Schichtstapeln. Dazu sind grundlegende und systematische Forschungsarbeiten notwendig: zum Halbleiter-Engineering, zur Prozesstechnik und für die nachfolgende Umsetzung in der Fertigung von Solarmodulen.
 
Die Projektpartner erforschen neben den neuen Materialien beispielsweise auch innovative Abscheide- und Strukturierungsverfahren. Dabei wurden auch neue, innovative Messverfahren erprobt.
 
»Bestimmend für die Effizienz der Solarzelle sind zum einen die strukturellen und elektronischen Eigenschaften der verschiedenen Halbleiter-Schichten selbst. Zum anderen gibt es elektrooptische und elektronische Merkmale, die den Wirkungsgrad einschränken, vor allem an den Grenzflächen zwischen den einzelnen Schichten. Dort setzen wir an«, erklärt Dr. Volker Naumann, der das Projekt am Fraunhofer CSP betreut.
 
Die Optimierung der Schichten und Grenzflächen erfolgt durch eine gezielte Entwicklung von einzelnen Prozessschritten sowie eine begleitende Halbleitercharakterisierung an Minisolarzellen. Calyxo ist dabei für die technologische Weiterentwicklung und Anpassung der Abscheide-, Aktivierungs- und Temperprozesse für die neuen Halbleitermaterialien verantwortlich, die sowohl im Labormaßstab (auf dem Equipment der Forschungslinie und auf der Forschungs-Beschichtungssanlage am Fraunhofer CSP) sowie entlang der bestehenden Produktionslinie bei Calyxo erfolgt. Das Fraunhofer CSP übernimmt die tiefergehende Charakterisierung der Halbleitermaterialien und die Ableitung von Parametern für die produktionsnahe Optimierung.
 
»Durch systematische Experimente erlangen wir ein grundlegendes Verständnis der Schichteigenschaften und finden heraus, welchen Einfluss diese Eigenschaften auf die elektrisch-optischen Kennwerte des Solarmoduls haben. Damit gilt es, Verfahren zu entwickeln, mit denen sich die Schichteigenschaften gezielt anpassen lassen und wir die Schichten kostengünstig und massenproduktionstauglich herstellen können«, sagt Frank Becker aus der Entwicklungsabteilung bei Calyxo. Die Projektpartner erwarten durch das optimierte Design eines neuartigen Schichtstapels für Cadmiumtellurid-Solarzellen einen  signifikanten Wirkungsgradhub von mindestens 3 Prozent absolut im Labormaßstab. Damit wird ein wichtiger Beitrag geleistet, um den Marktanteil von Dünnschicht-Solarmodulen weiter zu steigern und somit die kosteneffiziente Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien zu stärken.

Schlagworte

Dünnschicht-Solarmodule
Kontakt