Von der Rolle

Technik

Dünnschichttechnik - Druckverfahren könnten die Herstellung von CIS- und CIGS-Photovoltaikmodulen revolutionieren. Doch sind noch viele Verfahrensschritte im Entwicklungsstadium.

05. Mai 2011

Die Dünnschicht-Solarzelle (nach den Anfangsbuchstaben der hierfür verwendeten Halbleiter-Elemente CIS und CIGS genannt) holt gegenüber kristallinen Modulen auf: Am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW) entstand eine CIGS-Zelle, die den Spitzenwirkungsgrad von 20,3% erreichte. Die heute noch vorherrschenden multikristallinen Solarzellen liegen damit um nur noch 0,1% vorne. CIS und CIGS werden sich dank günstigerer Herstellkosten und deutlich geringerem Materialbedarf die Führungsposition unter den Photovoltaiktechnologien sichern, sobald die Massenfertigung zu dem erreichten Labor-Fortschritt aufschließen kann.

Die Fertigungstechnologie soll deshalb ebenfalls einen deutlichen Fortschritt machen. Dazu wird in einem Spitzencluster-Projekt innerhalb des ›Forum Organische Elektronik‹ seit 2010 an der Technologieentwicklung für die druckbare Dünnschichtphotovoltaik (TEDD) gearbeitet. CIS-Vorreiter Würth Solar koordiniert in diesem 3-jahres-Projekt die Expertise von Druckpasten-Hersteller Merck, Trumpf Laser, dem Stuttgarter ZSW und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Ziele der rund 15 beteiligten Materialwissenschaftler, Chemiker, Physiker und Ingenieure sind

+ Materialentwicklung für Tinten und Pasten,

+ Druck und andere vakuumfreie Beschichtungsverfahren,

+ Anwendung von Lasern anstelle der herkömmlichen Ofentechnik, sowie die

+ Entwicklung anorganischer und organischer Materialien für Tandemsolarzellen.

„Die größte Herausforderung ist es“, so Bernhard Dimmler, Geschäftsführer der Würth Elektronik Research, „mit Drucktechnik zu guten Halbleitereigenschaften zu kommen.“ Zunächst sollen die Materialien und Verfahren sich auf Glas bewähren – hier haben das ZSW und Würth Solar bereits hohe Kompetenz. „In einem zweiten Schritt soll Glas durch Folie als Substrat ersetzt werden“, so Dimmler weiter. „Im Rolle-zu-Rolle-Prozesse würde die Drucktechnik ihre Vorteile erst richtig ausspielen.“ Aus dieser späteren Phase des mit 3Mio.€ budgetierten und zu 50% vom BMBF geförderten Projekts können dann Produkte resultieren, die sich von heutiger Photovoltaik deutlich unterscheiden: Auf Folien basierende Solarzellen sind nicht nur dünn, sondern auch extrem leicht und zudem flexibel. Das eröffnet ganz neue Einsatzmöglichkeiten.

Großes Zukunftspotenzial sieht man bei Würth Solar für die gedruckten PV-Elemente, sobald die Wirkungsgrad- und Produktivitätsziele realisiert sind. „Kann eine Fabrik Module mit 100 MW/a oder mehr fertigen, sind geringere Herstellungskosten pro Watt Leistung als bei kristallinen Modulen möglich“, so Dimmler. Die TEDD-Partner müssen sich allerdings sputen. Denn die aufgegriffenen Verfahren, CIS künftig zu drucken, sind auch in USA und Taiwan Thema von Projekten. Dimmler: „Diese sind ein Stück weiter vorangeschritten. Bei entsprechend schnellem Projektfortschritt besteht jedoch die Chance, diesen Vorsprung einzuholen und international an die technologische Spitze zu gelangen.“