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Flexible CIGS solar cells with efficiencies above 16% and costs below 0,6 Euro per Watt for bespoke photovoltaic modules

Im Projekt wurde vom Konsortialführer Sunplugged zusammen mit einem im Bereich von CIGS-basierten Dünnschichtsolarzellen führenden internationalen Forschungsinstitut (ZSW), der Universität Innsbruck und dem Materialhersteller RHP,  das industriell nutzbare Wissen  generiert um flexible CIGS Solarzellen mit hohen Wirkungsgraden (>16%) und geringen Herstellkosten (unter 60 Euro-Cent pro Wattpeak) herzustellen.

Ergebnisse

Der erfolgreiche Abschluss des Projektes ermöglicht es, den CIGS-Prozess für eine Produktion von mindestens 5 MWpeak in Tirol zu skalieren.

Derzeit wird bei Sunplugged eine  Rolle-zu-Rolle Produktion mit einer Jahreskapazität von 5 Megawatt geplant und bereits partiell aufgebaut. Kernstück der Anlage wird eine Rolle-zu-Rolle CIGS Anlage, bei der Erkenntnisse in Bezug auf Selenisierung, Natriumdotierung und Galliumgrading konstruktiv abgebildet sind. Die CIGS Produktionslage und alle vor- und nachgeschalteten Beschichtungsanlagen werden so ausgelegt, um 5 MWpeak Dünnschichtsolarzellen jährlich produzieren zu können.

Das geplante Werk soll Pilotkunden mit maßgeschneiderten, flexiblen beliefern. Gleichzeitig wird die Kleinproduktion als Blaupause für größere Anlagen dienen, um flexible Solarmodule im größeren  Maßstab kostengünstig herstellen zu können.

Neben Sunplugged gibt es v.a. in den USA und Europa einige Unternehmen im Bereich der flexiblen Photovoltaik. Führende Unternehmen im Bereich von flexible CIGS Solarzellen sind v.a. Flisom (Spin-off der ETH Zürich) bzw. Ascent und Miasolé in den USA (Miasolé gehört zum chinesischen Hanergy Konzern). Alle drei Unternehmen fokussieren ihre Marktaktivitäten auf die Integration der CIGS Solarmodule in Dachmembranen. Im Bereich von maßgeschneiderten Photovoltaikmodulen gibt es einige Aktivitäten von Herstellern von organischen Solarzellen Die Kombination aus hohen Wirkungsgraden (>12%) des fertig verschalteten Photovoltaikmodules, der geometrisch und elektrisch exakte Abstimmung auf die jeweilige Anwendung und die Langlebigkeit bzw. Stabilität von CIGS Solarzellen sind ein Gesamtpaket, dass im kompetitiven Wettbewerbsumfeld ein globales Alleinstellungsmerkmal liefert.

Um die Sunplugged Technologie zur Marktreife und zur wirtschaftlichen Produktion zu führen, sind bis 2022 folgende Schritte geplant:

 

Die Entwicklung des CIGS Absorbers wird weiter vorangetrieben, wobei neben der Effizienzsteigerung die Entwicklung einer Prozesskontrolle, die eine Echtzeit-Regulierung von Prozessparametern erlaubt als weiterer Schwerpunkt definiert worden ist.

Um das Kostenpotenzial von CIGS Solarzellen weiter auszuschöpfen, wird die Entwicklung und Optimierung von gesputterten, cadmiumfreien Frontschichten forciert, welche in einem Rolle-zu—Rolleprozess mit der Herstellung der transparenten Frontkontaktschichten kombinierbar ist.

Bei der gedruckten Verschaltung liegt der Schwerpunkt bei der Verminderung der Verschaltungsverluste von derzeit 40 % auf 20 %. Dabei wird derzeit an einer verbesserten Laserstrukturierung mittels Kurzpulslasers gearbeitet und durch Optimierung des Ink-jetdrucks die benötigte  inaktiven Fläche für die Verschaltung minimiert.

 

Da die CIGS-Abscheidetemperatur im CIGS Prozess durch das Polyimidsubstrat auf maximal 450°C begrenzt ist, sehen wir das Effizienz-und Hochskalierungspotenzial von flexiblen CIGS-Solarzellen bei weitem nicht ausgeschöpft. Aufgrund der Mikrorissbildung bei Polyimidsubstraten im CIGS-Prozess bei Sunplugged, wurde die Eigenentwicklung eines hochtemperaturstabilen, flexiblen Substrats mit dielektrischer Schicht begonnen. Die  Kombination aus elektrisch isolierenden Oxiddünnschichten auf Metallfolien hat bisher in sehr vielversprechende Ergebnisse geliefert. Eine weitere Entwicklungsaufgabe bei Sunplugged wird daher die Optimierung dieses Schichtsystems sein.

Steckbrief

Projektnummer
858779
Koordinator
Sunplugged GmbH
Projektleitung
Andreas Zimmermann, andreas.zimmermann@sunplugged.at
Förderprogramm
Energieforschungsprogramm
Dauer
02.2017 - 03.2019
Budget
570.547 €