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Solar News: Leichte, flexible Trägermaterialien möglich

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ZSW Forschung und Entwicklung PhotovoltaikDünnschichtsolarzellen können auch auf leichten, flexiblen Trägermaterialien zum Einsatz kommen. Das erweitert die Anwendungsfelder enorm. Die Herstellung ist bisher aber meist noch recht umständlich. Auf dem Weg zur effizienten Bandbeschichtung von Dünnschicht-Solarmodulen aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) auf Kunststoff-Folie hat das Zentrum für Sonnenenergie- und WasserstoffForschung Baden-Württemberg (ZSW) jetzt einen Erfolg verbucht: Die Forscher aus Stuttgart können in einer Anlage mit kontinuierlichem
Durchlauf bereits die wichtigsten Herstellungsschritte am Stück durchführen. Demnächst wollen sie alle Schritte zusammen umsetzen. Das begünstigt künftig eine wirtschaftlichere Fertigung.

Die Herstellung der flexiblen Dünnschicht-Module ist bisher aufwändig und zeitintensiv. Jede einzelne Schicht wird in einer separaten Anlage nacheinander abgeschieden. Diese Schritte vereint das ZSW jetzt in einer einzigen Anlage. Ziel der Forscher sind fertig verschaltete Solarmodule mit noch höheren Wirkungsgraden. Durch Massenfertigung könnte so eine neue Generation preisgünstiger, flexibler Photovoltaikmodule entstehen.

An einer zwölf Meter langen Bandbeschichtungsanlage im Technikum des ZSW werden seit 2010 CIGS-Dünnschichtsolarzellen von der Rolle entwickelt. Trägermaterial ist eine temperaturbeständige PolymerKunststoff-Folie, Polyimid. Die Folie ist 0,0025 Zentimeter dünn und 30 Zentimeter breit.

„Die Besonderheit der Bandbeschichtungsanlage liegt darin, dass alle Beschichtungsschritte simultan im gleichen Vakuum stattfinden“, erklärt Prof. Michael Powalla, Mitglied des ZSW-Vorstands und Geschäftsbereichsleiter Photovoltaik. „Während an einem Ende der Anlage der Rückkontakt mittels Kathodenzerstäubung aufgebracht wird, finden an anderer Stelle die CIGS-Absorberaufdampfung und die Abscheidung der transparenten Frontkontaktschicht statt.“

In der aktuellen Ausbaustufe können der Molybdän-Rückkontakt, die drei Elemente für den CIGS-Absorber sowie die ZinkoxidFensterschichten abgeschieden werden. An der Entwicklung und Integration einer neuen Pufferschicht wird noch gearbeitet. Zu einem späteren Zeitpunkt soll auch die monolithische Zellverschaltung voll integriert werden.

Das Potenzial flexibler Dünnschichtsolarmodule auf Kunststoff-Folie ist enorm: Sie erschließen dort neue Anwendungsfelder, wo es auf ein geringes Gewicht und auf Biegsamkeit ankommt. Solarzellen auf TShirts und Jacken, Module auf Autos oder Leichtbauflugzeugen sind
nur einige Beispiele. Auch ein Aufbringen der Folie auf ein Glassubstrat ist viel versprechend: Das sonst von zwei Glasscheiben eingefasste Glasmodul wird so um fast die Hälfte leichter und wäre damit ideal für Anwendungen auf weniger tragfähigen Dächern.

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