Aktuell / 02.04.2014

CIGSfab: Herstellungskosten von Dünnschichtmodulen mit verbesserter Maschinentechnik weiter gesenkt

Die neueste Generation einer Produktionsanlage für CIGS-Schichten des Maschinenbauers Manz dient als Prototypanlage für eine optimierte Produktionslinie. © Manz AG
In dieser Produktionsanlage wird durch Laser die Strukturierung und Randpassivierung verbessert. © Manz AG
Die elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt den Schichtaufbau einer CIGS-Solarzelle im Querschnitt mit einer Vergrößerung von circa 10.000. Im Modul ist die Zinkoxidschicht wie in der Legende etwa 1 µm dick. © ZSW

Im Projekt CIGSfab ist es den Entwicklern gelungen, die Herstellung von Dünnschicht-Modulen zu verbessern und preiswerter zu machen. In seiner Innovationslinie, zugleich Demonstrations- und Entwicklungsanlage, setzte der Maschinenbauer Manz eine Reduktion der Produktionskosten von zehn Prozent um. Außerdem setzte das Unternehmen verstärkt auf Lasertechnik und steigerte so den Wirkungsgrad der Module um 0,5 Prozentpunkte. Durch die neuen Produktionsanlagen wird die Dünnschicht-Photovoltaik zu einer ernsthaften Konkurrenz für multikristalline Silizium-Module.

Günstigere Herstellungskosten bringen niedrige Stromkosten

„Mit den im Forschungsprojekt CIGSfab neu entwickelten Maschinen und optimierten Prozessen können wir die Herstellungskosten von Dünnschicht-Modulen um rund zehn Prozent reduzieren“, sagt der Koordinator des Forschungsprojekts Bernhard Dimmler vom Maschinenbauer Manz. Mit den Modulen werden günstige Stromgestehungskosten erreicht: Für Südeuropa sei von vier Cent pro Kilowattstunde auszugehen, in Deutschland von acht Cent pro Kilowattstunde.

Das Projekt wurde als eines der ersten Vorhaben der Innovationsallianz Photovoltaik nach dreijähriger Forschungs- und Entwicklungsarbeit erfolgreich abgeschlossen. Zusammen mit dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) gelang es der Manz AG unter anderem, die Geschwindigkeit der Beschichtungsprozesse bei der Modulproduktion zu verdoppeln und den Materialaufwand bei der Beschichtung weiter zu reduzieren. Mit diesem optimierten Abscheideprozess für die CIGS-Schicht lassen sich bis zu 50 Prozent der Produktionsanlagen und damit die Hälfte der Anlagenkosten einsparen. Bisher wurde die Pufferschicht im Einzelprozessverfahren abgeschieden. Die Forscher entwickelten die Abscheidung zu einem Durchlaufprozess weiter und ermöglichten damit eine kontinuierliche Prozessführung.

Dünnschicht-Photovoltaik erreicht Wirkungsgrad von Silizium-Modulen

Die Forscher verbesserten unter Beibehaltung bewährter Prozessierungsschritte den Modulwirkungsgrad um 0,5 Prozentpunkte. Diese Wirkungsgradsteigerung erreichten sie durch den vermehrten Einsatz von Lasertechnik anstelle mechanischer Strukturierungsschritte. Mit aktuell bis zu 14,6 Prozent Wirkungsgrad in der Produktion kommen die CIGS-Module bei geringeren Herstellungskosten auf die Leistung der marktgängigen Silizium-Module. Die Dünnschicht-Module können allerdings mit viel weniger Halbleitermaterial kostengünstiger hergestellt werden. Bei der Herstellung von CIGS-Dünnschicht-Solarmodulen wird die Halbleiterverbindung bestehend aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen (CIGS) auf ein Glassubstrat aufgedampft.

Modul-Herstellungskosten auf rund 0,40 Euro je Watt Peak gesenkt

Auf Grundlage der Kostenstruktur der CIGSfab erläutert Projektkoordinator Dimmler: „Bei einer jährlichen Produktionskapazität von etwa 150 Megawatt könnten Module mit 41 Eurocent pro Watt Peak hergestellt werden. Eine kleinere Fabrik läge etwas höher. In naher Zukunft und bei Fabriken mit einer Jahresproduktionskapazität im Gigawattbereich läge der Wert weit unter 40 Cent.“ Mit diesen CIGS-Solarmodulen erzeugter Solarstrom liegt laut Manz damit auf ähnlichem Preisniveau wie Strom aus fossilen Kraftwerken. Er sei deutlich günstiger als Strom aus Offshore-Windkraftwerken.

Das Vorhaben hat mehr als 12 Millionen Euro gekostet. Davon förderte die Bundesregierung über die Innovationsallianz Photovoltaik das Projekt mit sechs Millionen Euro, die Manz AG übernahm die andere Hälfte.

Verknüpfte Projekte

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Verbundprojekt

CIGSfab - Kostenreduzierung bei der Herstellung von CIGS-Dünnschichtsolarmodulen durch Produktivitäts- und Effizienzsteigerung

Projektbeteiligte

Laufzeit: 1.03.2011 bis 28.02.2014

Förderkennzeichen: 0325305A-D

Weitere Informationen zu Forschungs- und Entwicklungsvorhaben deutscher Solarunternehmen und Forschungseinrichtungen:
Innovationsallianz Photovoltaik