Aktuell / 11.07.2012

Verbundprojekt erforscht Laserverfahren und –systeme für die Dünnschichtphotovoltaik

Strukturierung einer CIS-Schicht mit einem grünen Pikosekundenlaser © Robert Bosch GmbH

Bei der Photovoltaik wird der CIS- (Kupfer-Indium-Diselenid-) Dünnschichttechnologie auf allen Stufen der Wertschöpfungskette ein großes Innovationspotenzial zugesprochen. Bei der Weiterentwicklung der Technologie stehen Forscher und Hersteller vor der zentralen Herausforderung, höhere Moduleffizienz bei deutlich reduzierten Produktionskosten zu erreichen. Im Verbundprojekt „Tailored for Next PV – T4nPV“ unterstützt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) dieses Ziel im Rahmen der Innovationsallianz Photovoltaik mit insgesamt 11,5 Millionen Euro. Die Forscher sollen neue Lasertechniken für die integrierte Verschaltung in CIS-Dünnschichtmodulen erarbeiten, welche eine präzisere und günstigere Massenfertigung als bisher ermöglichen.

Neue Lasersysteme für Dünnschicht-Solarmodule der nächsten Generation

Zentraler Bestandteil dieser Module sind mehrere, nur wenige Mikrometer dünne Schichten, die das Sonnenlicht in Strom umwandeln. Diese Schichten werden schrittweise übereinander auf Glasscheiben abgeschieden. Zwischen den einzelnen Abscheidungsschritten werden Trenngräben eingebracht, welche die Schichten in einzelne Zellen aufteilen und diese integriert in Serie verschalten. Dafür entwickeln die Forscher einen schnellen, berührungs- und damit verschleißfreien Laser; dieser soll die bislang zur Verschaltung genutzten mechanisch abtragenden und damit auch verschleißenden Werkzeuge ersetzen, die sehr breite und unregelmäßige Trenngräben erzeugen. Mit dem Laser wird es möglich, extrem schmale und optimal zueinander ausgerichtete Trennschnitte zu setzen. Dadurch wird die aktive Modulfläche weniger als bisher eingeschränkt und die Moduleffizienz kann signifikant gesteigert werden. Außerdem ermöglicht die integrierte Serienverschaltung der Zellen eine hohe Modulspannung bei kleinem Modulstrom - dadurch reduzieren sich die Widerstandsverluste.

Für siliziumbasierte Dünnschichttechnologien gibt es bereits Laserprozesse zur Verschaltung. Das Dünnschichtmaterial CIS kann jedoch heute noch nicht zufriedenstellend mit dem Laser strukturiert werden. Eine der Herausforderungen liegt im Schichtaufbau begründet: Da die erste Schicht nicht lichtdurchlässig ist, muss bei CIS der zweite und dritte Strukturierungsschritt von der Schichtseite her erfolgen. Hier ermöglichen erst neue Lasersysteme mit kürzeren Pulsen ein selektives Abtragen der dünnen Schichten ohne Schädigung der darunter liegenden Strukturen.

Die Projektpartner

Im Projekt kooperieren acht Partner aus Industrie und Instituten mit dem Ziel, ganzheitlich die Arbeiten an Laserprozess, Optik, System und Produkt anzugehen und mit der entwickelten Technologie wettbewerbsfähige, hocheffiziente CIS Solarmodule sowie Hochleistungs-Systemkomponenten zu produzieren.

Verknüpfte Projekte

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Verbundprojekt T4nPV

Partner:

Koordination:

VDI Technologiezentrum GmbH www.vditz.de

Weitere Informationen:

Innovationsallianz Photovoltaik

www.photonikforschung.de Das Informationsportal für Optische Technologien und Photonikforschung in Deutschland

Themeninfo "Photovoltaik – Innovationen" vom BINE Informationsdienst