Entwicklung von CIS Dünnschichtsolarzellen Anknüpfungspunkte zur Nanotechnologie

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1 Entwicklung von CIS Dünnschichtsolarzellen Anknüpfungspunkte zur Nanotechnologie Dr. Adalbert Lossin Nanotechnologie Workshop, 16. November

2 Agenda 1. Einleitung 2. Entwicklung flexibler CIS Solarzellen 3. Anknüpfungspunkte zur Nanotechnologie 4. Zusammenfassung - 2 -

3 Unser Ziel: Sonnenenergie für unsere Zukunft wirtschaftlich nutzbar machen Jährliche Sonneneinstrahlung (in Wh/m²) Die Sonne ist aus menschlicher Sicht eine unendliche Energiequelle Täglich liefert uns die Sonne den weltweiten Energiebedarf von 8 Jahren In sonnenreichen Gegenden der Welt bietet die Solartechnik eine gute Möglichkeit, diese Energie zu nutzen - 3 -

4 Solarzellen sind der Kern jeder Solaranlage Photovoltaischer Effekt Aufbau einer Solaranlage Solar Module Verbraucher Wechselrichter Netzwerk - 4 -

5 Solarzellen bestehen heute hauptsächlich aus Silizium Technologie Material max. Lab- Produktions- Marktanteil Wirkungsgrad Wirkungsgrad Kristallines single cryst 25 % % 36 % Silizium poly cryst 20 % % 58 % Dünnschicht CuInSe 2 / CIS 19 % % 1 % CdTe 16 % 8 10 % 1 % amorphes Silizium 12 % 5 7 % 4 % aber Dünnschicht-Solarzellen wie CIS haben sehr großes Zukunftspotential - 5 -

6 CIS Solarzellen haben entscheidende Vorteile Geringer Materialverbrauch Niedrige Herstellkosten Guter Wirkungsgrad größer 10 % Kurze Energierücklaufzeit Lange Lebensdauer Voll Recycelbar Zink Oxid Puffer CuInSe 2 Molybdän Metallband (Substrat) 0.50 µm 0.05 µm 2.00 µm 0.50 µm 100 µm - 6 -

7 Agenda 1. Einleitung 2. Entwicklung flexibler CIS Solarzellen 3. Anknüpfungspunkte zur Nanotechnologie 4. Zusammenfassung - 7 -

8 Die CIS Solartechnik entwickelt flexible kostengünstige Solarzellen Herzstück des Projekts ist CIS Solarzelle, hergestellt mit galvanischen Prozessen. Metallische Trägerfolien ermöglichen kontinuierliche, automatisierte Fertigungsprozesse von Rolle zu Rolle Die wesentlichen Produktmerkmale unserer Solarzelle bzw. des Moduls sind geringes Gewicht, Flexibilität und Robustheit - 8 -

9 Schematischer Prozessablauf zur Herstellung der CIS Solarzellen / Module Substrat Galvanik Tempern Sputtern Solarzelle Solarzelle Verschalten Laminieren Testen Solarmodul - 9 -

10 Funktionsfähige flexible CIS-Solarzellen im ersten Projektabschnitt (Labor) hergestellt Galvanik Konzept bestätigt Spitzenwirkungsgrad von 12 % auf 1 cm 2 Know How durch Patente abgesichert Basis für Produktentwicklung aufgebaut

11 Im zweiten Projektabschnitt entwickeln wir die Produktionsverfahren und Apparate Entwicklung des Laborprototyps der flexiblen CIS Solarzelle Entwicklung der Produktionstechnik Vermarktung und Serienproduktion Dauer: ab 2008 Produktionsziel: -- 0,5 MWp 20 MWp in Bhv

12 Unser Projektziel in der Pilotphase ist die Entwicklung eines marktreifen flexiblen CIS Solarmoduls Aufbau einer CIS Solarzellenpilotanlage und Übertragung der Laborprozesse Entwicklung der Schnittstellentechnologie zur Modulherstellung Galvanikanlage Aufbau einer Solarmodulpilotfertigung (Folienmodule)

13 Agenda 1. Einleitung 2. Entwicklung flexibler CIS Solarzellen 3. Anknüpfungspunkte zur Nanotechnologie 4. Zusammenfassung

14 Dünne Metallschichten sind die Basis der CIS Solarzelle Precursorschichten wie z.b. Cu und In sind Nm dünn Die begrenzte Stöchiometrie des solaraktiven CuInSe2 (CIS) macht eine sehr exakte und homogene Schichtabscheidung erforderlich Bekannte galvanische Prozesse (Dekor, elektrische Funktionsschichten) erfüllen unsere Anforderungen nicht Zink Oxid Puffer CuInSe 2 Molybdän Metallband (Substrat) 0.50 µm 0.05 µm 2.00 µm 0.50 µm 100 µm Wir verwenden spezielle selbst entwickelte Elektrolyte und Galvanikzellen Wir steuern unsere Prozesse auf Basis von Inline-Analysendaten

15 Die Pufferschicht besteht aus Metallsulfid- Nanopartikeln Die Schichtstärke beträgt ca. 50 Nm Metallsulfidpartikel (10 20 Nm) werden entweder im Tauchverfahren (CBD) aufgetragen oder in einem zweistufigen Sprüh- Reaktionsverfahren auf der CIS Oberfläche erzeugt

16 Die (Weiter-) entwicklung analytischer Methoden für Nanoschichten ist uns wichtig Beispiele: Elementverteilung, Schichtdicke für Galvanik Transparenz der Fensterschicht

17 In Zukunft weitere Schichten mit Nanotechnologie? Als Alternative zur Galvanik sicher nicht Aber: Basisschicht (Mo) oder Fensterschicht (ZnO) wäre von Interesse, wenn es einfach, kostengünstig, materialsparend, haltbar, ist Zink Oxid Puffer CuInSe 2 Molybdän Metallband (Substrat) 0.50 µm 0.05 µm 2.00 µm 0.50 µm 100 µm

18 Zusammenfassung Solarzellen bzw. Solarsysteme sind eine Schlüsseltechnologie der zukünftigen Energieversorgung Die CIS Solartechnik hat ein Konzept zur Herstellung von preisgünstigen flexiblen CIS Solarzellen entwickelt Derzeit setzen wir unsere Entwicklungsergebnisse in technische Anlagen (Pilotlinie) um CIS Solarzellen berühren die Welt der Nanotechnologie (Nanoschichten als Precursor) Die Weiterentwicklung von Analyse Verfahren für diese Schichten ist nicht nur von Interesse für die CIS Solartechnik Ein zukünftiger Ersatz von kostenintensiven Vakuumprozessen durch Schichten aus Nanopartikeln ist vorstellbar

19 Danke für Ihre Aufmerksamkeit CIS Labor Team

20 - 20 -

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