Fotovoltaik: Dünnschichtsolarzellen von der RolleGerade erst hat eine Entwicklung der Zentrums für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW) von sich Reden gemacht, da planen die Stuttgarter Forscher weitere Schritte zur Kostenreduktion in der Solarmodul Herstellung. Wie es in einer Pressemitteilung heißt, will das ZSW ein neues und effizientes Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtsolarmodulen entwickeln. Auch hier wird der Verbindungshalbleiter CIS zum Einsatz kommen, diesmal aber in einem neuen Herstellungsverfahren, dem so genannten „Rolle zu Rolle“-Konzept. Statt Glasscheiben sollen Polymer- oder Metallfolien von der Rolle als Trägermaterial verwendet werden.
Die aktive Schicht der neuen Solarmodule wird ebenfalls aus dem Verbindungshalbleiter Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIS) bestehen. CIS-Module werden bisher in mehreren vakuumtechnischen Schritten (Katodenstrahlzerstäubung für die Kontaktschichten, thermisches Verdampfen der vier Komponenten des CIS) sowie dazwischengeschalteten Strukturierungsschritten zur Verschaltung der einzelnen Solarzellen auf Substraten aus Fensterglas hergestellt. Das passiert teilweise in Durchlaufprozessen, teilweise in Einzelprozessen, bei denen Substrat für Substrat nacheinander bearbeitet wird.
Die neue Herstellungsart, die das ZSW entwickeln wird, ist ein „Rolle zu Rolle“-Konzept: Eine Polymer- oder Metallfolie wird von einer Rolle abgewickelt, durchläuft verschiedene Zonen, in denen die einzelnen dünnen Schichten aufgebracht sowie andere Fertigungs- und Kontrollschritte durchgeführt werden, um dann am anderen Ende der Anlage wieder auf eine Rolle aufgewickelt zu werden. Der gesamte Prozess kann laut ZSW im Vakuum stattfinden, also ohne dass das Material zwischendurch an die Luft kommt. Das Ergebnis ist – so die Stuttgarter Forscher – eine Dünnschichtzelle „von der Rolle“. Dieser kontinuierliche Prozess lässt einerseits eine hohe Qualität erwarten, andererseits werden wegen des Wegfalls von umständlichen Prozessunterbrechungen und Transportvorgängen niedrigere Herstellkosten als bei herkömmlichen Verfahren erwartet.
Laut ZSW erfordert das neue Anlagenkonzept die Entwicklung einer neuen Generation von Verdampfungsquellen für Kupfer, Indium, Gallium- und Selenid. Die Integration der Strukturierungsschritte in den kontinuierlichen Prozessablauf ist eine weitere Herausforderung, für die bisher nicht etablierte Konzepte wie beispielsweise Laserstrukturierung im Vakuum erprobt werden müssen. Das neue kontinuierliche Herstellungsverfahren stellt auch höchste Ansprüche an die Prozesskontrolle, da Fehlbeschichtungen zu sehr hohen Ausfällen führen können, so das ZSW.
Neben der zu erwartenden Senkung der Herstellkosten eröffne dieses neue Produktionsverfahren auch die Möglichkeit zur Schaffung neuer Produktvarianten, die mit den bisherigen Möglichkeiten nicht oder nur eingeschränkt realisiert werden konnten, heißt es von den Forschern. Dazu gehörten beispielsweise leichtgewichtige Module für die Raumfahrt, robuste und flexible Module für vielfältige Anwendungen im Freizeitbereich und in Kombination mit Metallbahnen kostengünstige und leichte Solardächer.
Für das neue Projekt des Zentrums für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung stellt das Bundesumweltministerium rund 3,1 Millionen Euro zur Verfügung. Für die Entwicklung der Verfahrensschritte werden darüber hinaus Mittel aus anderen Quellen eingesetzt werden, heißt es aus dem ZSW.
Quelle: Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW), Stuttgart