19 th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition Paris

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1 Energieforschung Sektion Erneuerbare Energien Aktive Sonnenenergienutzung Bundesamt für Energie BFE August th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition Paris ausgearbeitet durch: NET Nowak Energie & Technologie AG

2 Titelbild Bildquelle NET AG ausgearbeitet durch: NET Nowak Energie & Technologie AG Waldweg 8, CH St. Ursen (Schweiz) Tel. +41 (0) , Fax. +41 (0) , im Auftrag des: Bundesamt für Energie BFE Worblentalstrasse 32, CH Ittigen Postadresse: CH Bern Tel , Fax

3 S-1 Die 19 th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition aus Schweizer Sicht Inhaltsverzeichnis S. Nowak Übersicht... 2 H. Kiess Solarzellen der 3. Generation, Solarzellen höchsten Wirkungsgrades für die Raumfahrt, kristalline Solarzellen aus Silizium: Stand der Technik... 7 A. Shah Thin-film silicon A.N. Tiwari CIGS- & CdTe-based thin-film solar cells D. Chianese PV module market H. Häberlin Neues auf dem Gebiet der PV-Systemtechnik P. Hüsser Global Aspects S. Gnos 19. Europäische PV Konferenz Paris - Ausstellung A. Shah Architecture photovoltaïque en France Anhang, Liste der Schweizer Beiträge... 53

4 S-2 Die 19. Europäische Photovoltaikkonferenz in Paris im Zeichen einer wachsenden und globalen Industrie Übersicht Stefan Nowak, Programmleiter Photovoltaik BFE c/o NET Nowak Energie & Technologie AG, Waldweg 8, 1717 St. Ursen Tel.: , Fax: Allgemeines Die Photovoltaikgemeinde Europas und zahlreicher weiterer Länder traf sich zwischen dem 7. und 11. Juni 2004 in Paris zur 19. Europäischen und gleichzeitig einer der bisher grössten Photovoltaikkonferenzen (http://www.photovoltaic-conference.com). Die Konferenz verzeichnete insgesamt 1'919 eingeschriebene Teilnehmer aus 75 Ländern und es wurden 1130 Konferenzbeiträge, davon 260 mündlich, präsentiert. Die thematische Gliederung ist in Figur 1 dargestellt. Space Cells and Systems 4.4% Global Aspects of PV Solar Electricity 14.2% Special Plenary Session "PV Snapshots" 0.3% Fundamentals, Novel Devices and New Materials 10.8% Crystalline Silicon Solar Cells and Materials Technology 21.8% PV Systems in Grid- Connected Applications 12.6% PV Modules and Components of PV Systems 17.9% CIS, CdTe and Other (II-VI) Ternary Thin Films Cells 9.7% Amorphous and Microcrystalline Silicon 8.3% Figur 1: Thematische Gliederung der Beiträge an der 19. Europäischen Photovoltaikkonferenz Die Konferenz wurde begleitet von einer eindrücklichen Industrieausstellung, an welcher viele Neuheiten gezeigt wurden. Eine Reihe von Workshops und der durch die Europäische Photovoltaik Industrievereinigung EPIA organisierte Industrietag rundeten die Konferenz ab und machten Paris eine Reise wert. Aufgrund der hohen Beteiligung war dies auch eine ausgezeichnete Gelegenheit, um Kontakte zu knüpfen und zu pflegen bzw. projektbezogene Treffen abzuhalten.

5 S-3 Während die Industrieausstellung im grosszügigen Palais des Congrès über ausreichenden Platz verfügte, waren die Auditorien für die Vorträge häufig zu knapp bemessen, sodass sie entsprechend überfüllt waren. Einzelne Sessionen konnten nicht alle Interessenten aufnehmen, was für Unmut sorgte. Ebenso waren die Platzverhältnisse bei den Postersessionen sehr eng, sodass die Zirkulation zwischen den Posterwänden schwierig wurde. Angesichts des im Konferenzzentrum vorhandenen Raumangebotes hätte eigentlich mehr Platz vorhanden sein müssen. Wissenschaftlich-technische Entwicklungen Gut die Hälfte der Konferenzbeiträge befasste sich mit den verschiedenen Typen von Solarzellen (vgl. Zusammenfassungen von H. Kiess, A. Shah et al., A. Tiwari et al.). Im Unterschied zu anderen internationalen Konferenzen (USA und Asien) wird damit auf den Europäischen Konferenzen auch grosses Gewicht auf systemtechnische Aspekte und Rahmenbedingungen gelegt. 30% der Konferenzbeiträge befasste sich mit Silizium als Grundmaterial, wobei das kristalline Silizium zahlenmässig deutlich dominierte (195 Beiträge). Unübersehbar waren aber auch die Beiträge zum Dünnschicht Silizium, insbesondere des mikrokristallinen Siliziums, sowie der Silizium Heteroübergänge (hetero junctions). Das kristalline Silizium dominiert nicht nur die Konferenzbeiträge sondern bekanntlich auch den Markt selbst. Auch in Paris wurden die Ansichten mehrheitlich dahingehend geäussert, dass mit diesem Material im Markt noch für lange Zeit zu rechnen ist, da verschiedene Schritte zur Kostenreduktion noch nicht ausgeschöpft sind. Diese Aussagen werden auch vor dem Hintergrund einer unklaren Situation beim Rohmaterial Silizium so gemacht. Aktuell sind zudem nicht nur anstehende Engpässe in der Rohmaterialsituation sondern aufgrund der grossen Nachfrage auch akute Lieferschwierigkeiten bei den Modulen selbst zu verzeichnen. Verschiedene Hersteller scheinen vor diesem Hintergrund an die Grenze ihrer Produktionskapazitäten gelangt zu sein. Bei den technischen Parametern des kristallinen Siliziums sind die bisherigen Rekordwerte unverändert. Hingegen wird der Trend eines zunehmenden Wirkungsgrades bei industrienaher Forschung und einzelnen Herstellern durch Optimierung der Materialien und industriellen Prozessen bestätigt. So hat zum Beispiel SunPower Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 21.5% und Module von 18.2% realisiert. Damit wird gezeigt, dass in der Produktion gegenüber den bisherigen Produkten immer noch Steigerungen möglich sind. Als wichtig ist zudem hervorzuheben, dass auch mit multikristallinem Silizium im Labor (Fraunhofer Institut für Solarenergie, Freiburg) ein Wirkungsgrad von 20.3% erreicht wurde. Möglichkeiten zur Kostenreduktion bestehen bei den kristallinen Siliziumsolarzellen durch einfachere Herstellungsverfahren, die Verwendung dünnerer Siliziumscheiben, die Versorgung mit solar grade Silizium und den Einsatz besserer Messtechnik (vgl. Zusammenfassung H. Kiess). In der Ausstellung konnten weitere interessante Neuheiten auf der Basis von Silizium beobachtet werden, so z.b. die vor langer Zeit ursprünglich von Texas Instruments vorgestellten Silizium Kugelsolarzellen, welche nun nach vielen Jahren durch die kanadische Firma Spheral Solar Power, einer Division von ATS, zur Produktionsreife entwickelt und in Paris vorgestellt wurde. Die japanische Firma Kyosemi befasst sich in einer abgewandlten Form ebenfalls mit dieser Technologie. Von der australischen Firma Origin wurden unter dem Namen sliver cells dünne Bifacial-Solarzellen vorgestellt. Im Bereich der Silizium Dünnschicht Solarzellen sind die verstärkten Anstrengungen zur industriellen Umsetzung hervorzuheben. Diese wurden von Europäischen und von Japanischen Firmen bzw. Instituten vorgestellt. Besondere Beachtung fand dabei der Auftritt von Unaxis Solar, welche in kurzer Zeit erste ermutigende Resultate aus ihrem neuen Entwicklungslabor in Neuchâtel vorstellen konnte. Die frühere Pacific Solar hat in Deutschland, in Verbindung zum Unternehmen Q-Cells, ein neues Unternehmen, CSG SOLAR (http://www.csgsolar.com.au), gegründet. Technologisch soll dabei kristallines Dünnschicht Silizium zum Einsatz gelangen. Wie bei anderen Dünnschichttechnologien, sind flexible Solarzellen auch beim Silizium ein wachsendes Thema. Nebst den Beiträgen zu den reinen Dünnschichtsolarzellen erfährt das Gebiet der Silizium Heteroübergänge (Kombination von kristallinem und Dünnschicht-Silizium) eine wachsende Beachtung. Dieses Thema hat in Europa an Gewicht zugelegt. Konferenzbeiträge zu Solarzellen auf der Basis von Verbindungshalbleitern (CIGS, CdTe) waren ebenfalls gut vertreten. Auch hier kann die zunehmende industrielle Umsetzung beobachtet werden. Bei

6 S-4 CIGS Solarzellen werden in der Pilotproduktion Spitzenwerte des Wirkungsgrades von 13% und ein Mittelwert von 11.5% (Shell Solar, Würth Solar) erreicht. Das französische Projekt CISEL arbeitet mit Elektrodeposition von CIS und strebt damit eine entsprechende Kostenreduktion an. Industriell weniger präsent ist demgegenüber erneut das CdTe. Die Bedeutung von Grenzschichten hat bei CIGS Solarzellen besonderes Gewicht. Flexible Solarzellen sind auch bei CIGS ein wichtiges Thema; hier stehen die Arbeiten der Gruppe Dünnschichtphysik an der ETH Zürich im Rampenlicht mit einem neuen Weltrekord auf Polyimid von 13.1%. Der Einsatz von CIGS und CdTe Solarzellen in Weltraumanwendungen ist ein weiteres Thema, welches vermehrt diskutiert wird. Dabei liegen für CIGS erste Langzeit Testmessungen aus dem Weltall vor. Solarzellen für Weltraumanwendungen bildeten in Paris ein eigenes Thema. Dabei werden in der Regel durch Mehrfachübergänge, insbesondere mit III-V Materialien, und bessere spektrale Ausbeute, hohe Wirkungsgrade angestrebt. Dies deckt sich mit den Ansätzen nach hocheffizienten Zellen für terrestrische Anwendungen: Hier ist der Aufwärtstrend im Wirkungsgrad ungebremst (Prof. Yamaguchi, Toyota, 39.2% bei 200-facher Konzentration). Mit Konzepten wachsender Komplexität (zahlreiche Schichten, Nutzung von Störstellen, Einsatz von Zwischenbändern im Halbleitermaterial, Quantum dots, usw.) werden noch höhere Wirkungsgrade angestrebt. Ob und wann solche Konzepte die terrestrischen Anwendungen massgeblich beeinflussen, bleibt abzuwarten. Bei den Solarmodulen waren besonders in der Ausstellung viele neue Produkte bzw. Produktvarianten zu sehen (vgl. Zusammenfassung von D. Chianese). Das Thema des Recyclings von Solarmodulen fand in Paris einige Beachtung, sowohl von der technischen wie insbesondere von der (umwelt)politischen Seite. Im Bereich der Systemtechnik (vgl. Zusammenfassung H. Häberlin et al.) konnte einerseits eine grosse und stets wachsende Vielfalt von Wechselrichterprodukten beobachtet werden. Andere für die Praxis relevante Aspekte betreffen neue Erkenntnisse zum MPP Tracking von Wechselrichtern, die Art der Verschaltung von Solarmodulen, die damit verbundene Verschattungsproblematik und die Performance der Anlagen. Diese technischen Aspekte können einen massgeblichen Einfluss auf den Energieertrag der Photovoltaik Anlagen haben und sind deshalb von Bedeutung. Die Beiträge zum Thema Global aspects (vgl. Zusammenfassung P. Hüsser et al.) erlaubten eine gute Übersicht über die Markt- und Förderlandschaft der Photovoltaik. Nebst den aktuellsten Zahlen aus den IEA PVPS Ländern sind hier insbesondere die neu verfügbaren Informationen zur Photovoltaik in den neuen EU-Staaten sowie eine wachsende Präsenz Asiens im Allgemeinen und China im Speziellen zu verzeichnen. K. Kurokawa stellte die neue japanische Photovoltaik Roadmap für 2030 vor, welche ambitiöse und weitreichende Ziele für die weltweite Photovoltaik formuliert und diese in den längeren Zusammenhang stellt. Ausstellung Die begleitende Industrieausstellung umfasste über 230 Aussteller aus 26 Ländern und war damit die bisher grösste und umfassendste Ausstellung dieser Art (vgl. Zusammenfassung S. Gnos). Sie bot umfassende Informationen von den Basismaterialien zur Photovoltaik-Zellenfertigung, Herstellungsausrüstung, Herstellungsmaterial über PV Zellen, bis hin zu den Modulen und Wechselrichtern. Weiter stellten sich eine grosse Anzahl von nationalen und internationalen Organisationen, Forschungszentren und Institutionen vor. Der anwendungsnahe Bereich der PV Montage- und Integrationssysteme war hier weniger vertreten und ist an praxisorientierten Ausstellungen wie z.b. der Intersolar stärker präsent. Hingegen bot diese Ausstellung eine eindrückliche Gelegenheit, sich der wachsenden und zunehmend global operierenden industriellen Dimension der Photovoltaik bewusst zu werden.

7 S-5 Schweizer Beiträge und Aussteller Die Schweiz war in Paris erwartungsgemäss gut vertreten. Die insgesamt 53 Konferenzbeiträge mit Schweizer Beteiligung umfassten 5 Plenarvorträge, 14 mündliche Beiträge und 34 Posterbeiträge (siehe Anhang). Diese Beiträge belegten den weiterhin hohen Stand der Schweizer Photovoltaik im internationalen Vergleich, sowohl in der Forschung wie in der Anwendung. Folgende Schweizer Firmen und Organisationen waren zudem in der Ausstellung vertreten: ASP AG Belval SA Chemartin AG Enecolo AG Ernst Schweizer AG HCT Shaping Systems SA Huber + Suhner AG IEA PVPS Programm Meyer + Burger AG Multi-Contact AG Solterra Fotovoltaico SA Sputnik Engineering AG Swiss Sustainable Systems AG Studer Innotec SA Unaxis AG (Lichtenstein) Die Schweiz war mit 15 Ausstellern nach Deutschland, China (!), USA, Frankreich und Holland immerhin das 6.-grösste Ausstellungsland. Damit wird einmal mehr die gute internationale Position einzelner Schweizer Firmen, vornehmlich im Zulieferbereich der Photovoltaikindustrie, belegt. Die Schweizer Aussteller äussersten sich durchwegs positiv über den Verlauf der Ausstellung. Begleitveranstaltungen Verschiedene Begleitveranstaltungen ergänzten das wissenschaftliche Konferenzprogramm: Die Europäische Photovoltaik Industrievereinigung EPIA organisierte einen auf grosses Interesse stossenden Industrietag, an welchem eine bessere globale Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Industrieregionen Japan, USA und Europa angeregt wurde. Die Beiträge können auf folgender Adresse eingesehen werden: Anlässlich dieses Industrietages wurde auch die neue EPIA Roadmap vorgestellt. EPIA Präsident Winfried Hofmann geht für das Jahr 2030 von einer weltweiten Photovoltaik Jahresproduktion von 300 GWp aus. Das EU-Projekt PV-Catapult stellte zu den verschiedenen Arbeitsthemen den Stand der Aktivitäten vor: Das IEA PVPS Programm führte einen Workshop durch, an welchem aktuelle Entwicklungen von Markt und Rahmenbedingungen aus globaler Sicht präsentiert wurden und der Dialog mit der Industrie gesucht wurde: Der Frankreich Tag war der gebäudeintegrierten Photovoltaik gewidmet (vgl. Zusammenfassung A. Shah et al.) und war damit darauf ausgelegt, das französische Publikum für dieses Thema zu sensibilisieren.

8 S-6 EU Initiativen Seitens der EU-Kommission ist die Initiative einer Photovoltaik Technologieplattform hervorzuheben. Sie wurde in den Eintretensreferaten der Europäischen Kommission besonders erwähnt. Dieses Instrument soll der Photovoltaik vermehrtes Gewicht und eine angemessene Kontinuität der Förderung von Forschung und Umsetzung in Europa sicherstellen. Dabei ist die Zusammenarbeit mit der Industrie von zentraler Bedeutung. Der Stand dieser Initiative, welche durch den Photovoltaic Technology Research Advisory Council (PV TRAC) vorbereitet wird, wurde in Paris vorgestellt. Am 28. September 2004 ist dazu eine eigene Konferenz in Brüssel geplant. Schlussbemerkungen Die 19. Europäische Photovoltaikkonferenz war ein weiterer Meilenstein in der internationalen Konferenzwelt. Sie erlaubte einen einzigartigen Überblick über die aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnisse und Entwicklungen, die Anwendungserfahrungen und die zunehmende industrielle Dimension der Photovoltaik. Angesichts der Konferenzgrösse, sowohl in den wissenschaftlichen Beiträgen, wie in der Ausstellung, wird es immer schwieriger, den Überblick über das gesamte Gebiet zu behalten. Trotzdem ist es aufgrund der weiterhin notwendigen technischen Entwicklung wichtig, dass Wissenschaft und Industrie im Rahmen dieser Konferenz einen intensiven Gedankenaustausch pflegen. Nächste Konferenzen Einige der nächsten internationalen Konferenztermine für die Photovoltaik sind: Future vision for PV : A vision for the future of Photovoltaics Technology up to 2030 and beyond, Brussels, , 31. IEEE PVSEC, Lake Buenavista, Florida, USA, , 20 th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Spanien, Juni 2005, PVSEC-15, Shanghai, PV Weltkonferenz, Hawaii, USA,

9 S-7 Solarzellen der 3. Generation, Solarzellen höchsten Wirkungsgrades für die Raumfahrt, kristalline Solarzellen aus Silizium: Stand der Technik H. Kiess im unteren Tollacher 11, 8162 Steinmaur Tel.: ; Fax: Solarzellen der 3. Generation, Zellen für die Raumfahrt: Die gegenwärtigen Solarzellentechnologien, im wesentlichen auf Silizium basierend, werden als Zelltechnologien der 1. Generation bezeichnet, die sich abzeichnenden Dünnschichttechnologien als die der 2. Generation. Beiden Technologien ist gemeinsam, dass die Wirkungsgrade der Zellen selbst bei Optimierung theoretisch unter 30 % liegen, da sie im allgemeinen nur aus einem Zellmaterial hergestellt werden, z. B. aus CIS oder CdTe oder a-si:h (ev. kombiniert mit polykristallinem Si) etc. Bei Solarzellen der 3. Generation wird angestrebt, wesentlich über die 30% Marke hinauszukommen und, als Herausforderung, sich der thermodynamischen Grenze von ca. 85% zu nähern. Dies kann theoretisch dadurch erreicht werden, a. dass die Solarzelle aus einzelnen Zellen mit Materialien unterschiedlichen Bandabstands (Multijunction cells) zusammengesetzt ist. Die einzelnen Zellen sind jeweils für einen Spektralbereich des Sonnenlichts optimal, nutzen daher in Summe die Energie des Sonnenlichts besser aus und führen so zu einem höheren Wirkungsgrad, b. dass in Solarzellen aus einem Material durch Einbau von Störstellen zusätzlich langwelliges Sonnenlicht absorbiert und photoelektrisch nutzbar wird (Impurity PV), c. dass Solarzellen aus Materialien hergestellt werden, bei welchen zwischen Leitungsband und Valenzband ein (oder mehrere) schmales Zwischenband zu liegen kommt; dadurch werden weitere optische Übergänge im langwelligen Bereich möglich (Multi-bandgap, metallic intermediate bandgap), d. dass energieselektive Kontakte und Transport über,quantum dots verwendet werden (hot carrier injection, slow down of cooling rate, phonon gap), e. dass solare Thermophotovoltaik eingesetzt wird. a. Multijunction cells, Raumfahrtzellen Der Aufwärtstrend im Wirkungsgrad von multijunction cells aus III-V Halbleitern ist ungebremst: Der Wirkungsgrad (Prof. Yamaguchi, Toyota Technological Institute, Japan) liegt bei 200facher Konzentration des Sonnenlichts nun bei 39.2 %, also dicht bei dem im japanischen Sun Shine Projekt anvisierten Wert von 40 %. Dieser Erfolg ist nicht nur interessant für terrestrische Anwendungen bei Konzentration des Sonnenlichts, sondern auch für die Raumfahrt. Die Firma EMCORE hat betont, dass hohe Wirkungsgrade auf Basis der III-V Halbleiter im industriellen Massstab gefertigt und daher kostengünstig werden können. Die weitere technische Entwicklung geht in Richtung auf eine grössere Zahl von Einzelzellen (FhISE, Phillips Universität Marburg, RWE Space Solar Power, ESTEC Norway, DLR Germany), und zwar von den gegenwärtigen 3 auf 6 Zellen. Damit wächst die Komplexität des Schichtaufbaus und die Zahl der abzuscheidenden Schichten. Vorgeschlagen wurde AlGaInP/GaInP/AlGaInAs/ GaInAs/GaInNAs/Ge. Man erwartet bei AM0 einen höheren Wirkungsgrad bis zu 46.7% und, wichtig für die Raumfahrt, eine verbesserte Strahlenresistenz. Experimentell wurde bisher eine 5-junction Solarzellen Struktur abgeschieden, die aus 32 individuellen Schichten aufgebaut wird. Eine Limitation des Tunnelstroms zwischen zwei Zellen verhinderte jedoch, dass der Wirkungsgrad den einer 3-junction Solarzelle ereichte oder, was man erwartet hätte, ihn übertraf.

10 S-8 b) d) Neue Konzepte Die unter b) d) aufgeführten Konzepte stellen den Versuch dar, in einer Zelle aus einem einzigen Material das elegant umzusetzen, was bei Multijunction Cells durch Schichtaufbau aus mehreren Zellen mit Materialien unterschiedlichen Bandabstands erreicht werden kann. Da sich aus theoretischen Gründen das Konzept b) nicht durch Störstelleneinbau in das Solarzellenmaterial erreichen lässt, wurde auf die Rückseite einer kristallinen Si-Zelle amorphes Si (a-si:h) aufgebracht: durch Störstellen- Absorption von langwelligem Licht im a-si:h sollten Ladungsträger in die Zelle injiziert werden und so zu einem höheren Sättigungsstrom beitragen (eine Analogie besteht zu der in der Photographie bekannten Farbstoffsensibilisierung). Der Effekt war klein. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass auch eine alte Idee wieder aufgegriffen wurde, Farbstoffe in einer Plastikscheibe als Absorber zu verwenden. Da deren Lumineszenzstrahlung über Totalreflexion auf die Kanten der Scheibe gebündelt wird, können dort angebrachte Solarzellen das Licht effektiv nutzen. Ob diese Methode der schwachen Konzentration bei entsprechender Auswahl von Farbstoffen und Solarzellen zu höheren Wirkungsgraden und einem kostengünstigen System führen kann, ist nicht ganz klar. Für Multi-bandgap Materialien (c) wurden die Systeme ZnO/ZnTe, GaAs/GaAs(N) und GaAs/ZnTe(O Te ) untersucht. Diese Arbeiten stecken in den Anfangsbemühungen, wie auch die unter d) und e)angeführten Ideen: obwohl sehr interessant, ist deren Umsetzung in eine Solarzelle oder ein System (solare Thermophotovoltaik) mit hohem Wirkungsgrad in den nächsten Jahren wohl nicht zu erwarten. 2. Solarzellen aus kristallinem Silizium: Stand der Technik und Trends Die industrielle Solarzellenfabrikation wird gegenwärtig von Solarzellen aus kristallinem Silizium dominiert. Das reflektierte sich auch in der Anzahl der Beiträge auf der Tagung, die sich mit der Verbesserung und messtechnischen Kontrolle der Zellen bei der Produktion befasste. Diese Beiträge sollten Wege aufzeigen, wie die Kosten gesenkt werden können. Das kann gelingen durch (a) höheren Wirkungsgrad der Zellen bei gleichen oder gar gesenkten Herstellungskosten, (b) Verwendung einfacherer Verfahren zur Zellherstellung, (c) Verwendung dünnerer Siliziumscheiben, (d) Aufbau einer von der Halbleiterindustrie unabhängigen Silizium Versorgung. (e) Letztlich kann gezielte, rasche messtechnische Kontrolle dazu beitragen, die Ausbeute an guten Solarzellen (engere Wirkungsgradverteilung und kleinerer Ausschuss) in der Produktion zu erhöhen und somit Kosten senken. a) Höherer Wirkungsgrad der Zellen Die Verbindung des Si-Bauelemente Herstellers Cypress mit SunPower hat sich als sehr positiv ausgewiesen. In einer Pilotproduktion in den USA wurden Solarzellen mit 21,5 % und Module mit 18.2 % Wirkungsgrad hergestellt. Eine Fabrik mit einer Kapazität von 25 MW/Jahr wurde bei Manila (Philippinen) in Betrieb genommen. Auf Anhieb wurden dort Zellen mit 19.5 % Wirkungsgrad erzielt. Dieser Wert soll auf 21 % verbessert werden; im Laufe des Jahres sollen die Anlagen die volle Produktionskapazität von 25 MW erreichen. Die Zellen sollen kostengünstig gefertigt werden können. Preise wurden keine genannt. Diese eindrücklichen technischen Daten sind vor dem Hintergrund zu sehen, dass gegenwärtig bei den besten, industriell gefertigten Modulen (z. B. Saturnmodule von BP) Modulwirkungsgrade von maximal % angegeben werden. Obwohl technisch gelöst, scheint die Frage, wie man der Wirkungsgradverschlechterung durch Licht von B-dotiertem Cz-Silizium begegnen soll, noch nicht ganz eindeutig geklärt zu sein: Verwendung von B-dotiertem Fz-Silizium oder von B-dotiertem, unter einem Magnetfeld hergestellten Cz-Silizium oder von Ga-dotierten, n-leitendem Cz-Silizium. Bei allen drei Materialien ist die Lichtdegradation äusserst geringfügig. Die Wirkungsgrade der aus diesen Materialien hergestellten Zellen lagen bei

11 S-9 identischer Herstellungsweise zwischen 18 und 19 %. Bei Fz-Silizium war der Wirkungsgrad praktisch unabhängig vom spezifischen Widerstand des Siliziums. Die Firma Topsil nimmt für sich in Anspruch, mit ihrem Verfahren für Fz-Silizium preislich mit Cz-Silizium konkurrieren zu können. Kostengründe würden dann nicht dagegen sprechen, Fz-Silizium zur Fabrikation von Solarzellen zu verwenden, um die durch Licht induzierte Degradation zu vermeiden. In Laborversuchen wurde gezeigt, dass auch mit multikristallinem Silizium sich ein Wirkungsgrad von gut 20 % erreichen lässt. Die Zellen waren allerdings mit 1x1 cm 2 relativ klein und man stellt sich die Frage, wie repräsentativ diese für eine Vielzahl von Zellen normaler Grösse sind, die aus einem Block gefertigt werden können. Kyocera berichtete über Zellen einer Grösse von 15x15 cm 2 aus multikristallinem Material durch verbesserte Verfahren (RIE texturing, P-Diffusion, parasitic junction removal, SiNitride deposition), deren Wirkungsgrade zwischen 17 und 17.7 % liegen. Modulwirkungsgrade dürften bei 15 % oder sogar etwas höher liegen. Im Forschungsbereich gelang es multikristallines, Ga-dotiertes Si mit Lebensdauern bis gegen 1 ms herzustellen, Werte, die normalerweise nur bei Fz-Silizium vorkommen. Eine entscheidende Verbesserung dieses Materials scheint möglich zu sein. b) Einfachere Herstellungsverfahren Der Trend, Trockenprozesse bei der Herstellung von Solarzellen zu verwenden, zeichnet sich ab: Plasmastrukturierung der Oberflächen von multikristallinem Silizium zur Verbesserung der optischen Eigenschaften, Herstellung von SiN (H) Antireflexbeschichtungen mittels Inline Sputtering, Herstellung von Punktkontakten auf der Rückseite von Solarzellen mittels Laserpulsen, etc. Die Vorteile der Trockenprozesse liegen u.a. auch darin begründet, dass das Verbiegen von dünnen Si-Scheiben vermieden werden kann, sollten sie bei einer künftigen Produktion verwendet werden. Ein gewisser Vorbehalt gegen die Einführung dieser Technologien wurde vorgebracht, weil Trockenätzung und Plasmastrukturierung wegen Verwendung von SF 6 umweltfeindlich sei. SF 6 ist in der Tat eines der stärksten Treibhausgase, sodass es nicht in die Atmosphäre entkommen sollte. Bei grosstechnischer Verwendung ist daher eine entsprechende Entsorgung des Gases dringend geboten, um der Umweltverträglichkeit der solaren Photovoltaik gerecht zu bleiben. c) Verwendung dünnerer Siliziumscheiben Die Verwendung dünnerer Siliziumscheiben zeichnet sich ab. Rein rechnerisch könnte gut die Hälfte des Si eingespart werden, wenn man die Scheibendicke von 300 µm auf 50 µm reduziert unter der Annahme, dass der Sägeverlust 150 µm beträgt. 4 -Scheiben aus Fz-Si und Cz-Si wurden auf verschiedene Dicken bis zu 36 µm herunterpoliert. Solarzellen, welche aus diesen Scheiben gefertigt wurden, zeigten im Fall von Fz-Material bei einer Dicke grösser als 75 µm Wirkungsgrade von ca. 21 %; ein kontinuierlicher Abfall des Wirkungsgrads auf ca. 20 % wurde beobachtet, wenn die Dicke weiter auf 36 µm reduziert wurde. Bei Cz-Si mit geringer Lebensdauer dagegen nahm der Wirkungsgrad mit abnehmender Dicke zu und zwar von 18% auf 19,5 %, ein Zeichen dafür, dass bei dünneren Scheiben die Oberflächenrekombination immer stärker ins Spiel kam. Problematisch scheint gegenwärtig noch die manuelle Handhabung der Scheiben zu sein. Ein anderer Weg zur Siliziumeinsparung wurde vom Centre for Sustainable Energy Systems, Australian National University, Canberra, genommen, deren Idee nun kommerziell von Origin, einem australischen Grossunternehmen der Energiebranche, umgesetzt wird. Die Solarzellen sollen unter der Trade Mark Sliver cells auf den Markt gelangen. Es werden 1mm dicke Fz-Si-Scheiben entsprechender Kristallorientierung senkrecht zur Oberfläche mit Hilfe von Maskierung so geätzt, dass eine Vielzahl 50 µm dicker, 1 mm breiter (entspricht der Dicke der Si-Scheibe) und ca. 10 cm langer Si-Streifen entsteht. Der Breite des Ätzspaltes beträgt ca. 50 µm. Diese Siliziumstreifen werden so lange in der Scheibe gehalten, bis sie vollständig zu Solarzellen verarbeitet sind. Die p- und n-kontakte befinden sich auf den 50µm breiten Seitenkanten der Streifen. Die Zellen sind daher bifacial. Nach dem die Zellen fertig gestellt sind, werden sie aus dem Si-Rahmen herausgelöst und zu Modulen verarbeitet. Da in der Regel tausende der Sliver Zellen zu einem Modul verarbeitet werden, ergibt sich die Möglichkeit, die Zellen so zu verschalten, dass die Gleichspannung der Module praktisch beliebig gewählt

12 S-10 kann, z.b. 12 V bis zu mehreren hundert Volt. Module mit 75 Wp Leistung und grösser sollen produziert werden. Die Verarbeitung von tausenden von Zellen zu Modulen scheint mit hoher Geschwindigkeit zu gelingen, sodass diese Technik mit konventioneller Solarzellenherstellung wettbewerbsfähig konkurrieren könne. Eine 12-fache Reduktion an Silizium im Vergleich zur normalen Technik soll erreicht werden, so die Autoren. Selbstverständlich ist das Ziehen von Si-Bändern weiterhin eine der Methoden, mit weniger Silizium für die Zellproduktion auszukommen, da keine Sägeverluste anfallen. Eine Produktionsausweitung wurde bei der auf das Bandziehen von Silizium spezialisierten Firma Evergreen vorgenommen. Kristalline und polykristalline Schichten von weniger als 30 µm Dicke werden auf verschiedenen Substraten über Flüssigphasen-Epitaxie, Abscheidung aus der Gasphase, Hochtemperaturabscheidung etc. hergestellt. Fortschritte wurden erzielt, sie waren jedoch m. E. nicht so, dass sich daraus in naher Zukunft eine industrielle Fertigung ergeben könnte. d) Unabhängige Siliziumversorgung Es ist unbestritten, dass in absehbarer Zeit Silizium nicht mehr in genügender Menge von den Abfällen der Halbleiterindustrie zur Verfügung steht, um den steigenden Bedarf an Silizium zu decken. Eine von der Halbleiterindustrie unabhängige Versorgung soll daher aufgebaut werden. Da aber gleichzeitig der Wirkungsgrad der Solarzellen höher werden muss, werden nicht nur Anforderungen an den Preis/kg, sondern auch an die Qualität des Siliziums gestellt, d. h. eine ausreichende Lebensdauer der Ladungsträger im Si muss gewährleistet sein. Verfahren, wie eine Siliziumproduktion aussehen soll, die diese Voraussetzungen erfüllen, sind von den Firmen Joint Solar Silicon, Wacker Chemie, Elkem dargelegt worden. Joint Solar Silicon schlägt einen neuen Weg vor, der über Hydrochinon in einem Röhrenreaktor zu gereinigtem Si-Pulver führen soll, Wacker Chemie geht anscheinend über einen sogenannten fluidized bed reactor. Der fluidized bed reactor wurde von Joint Solar Silicon als nicht sehr sinnvoll betrachtet, da die gewünschte Homogenität des Si-Granulats sich nicht oder nur schlecht erreichen liesse. Elkem wiederum will über Legieren die gewünschte Reinheit erreichen. In allen Fällen wird ein Preisziel von etwa 25 Euro/kg angegeben. Im Jahr 2005 sieht Wacker Chemie eine (Pilot?) Produktion in Höhe von 500 t/jahr vor, was eine Zellproduktion von MWp /Jahr erlaubt, jenach Wirkungsgrad und Zelldicke, die angenommen werden. Diese Zahl ist bescheiden im Vergleich zu der gegenwärtig weltweit installierten Produktionskapazität für Solarzellen von 750 MW/Jahr (Kapazitätangabe für 2003 nach Solarbuzz). e) Messtechnik Die Anforderungen an die Messtechnik werden mit fortschreitender Automatisierung höher, d. h. an die Genauigkeit, räumliche Auflösung und Geschwindigkeit, mit der die relevanten Daten erfasst werden können. In dieser Hinsicht ist insbesondere die Infrarottechnik zur Messung der Lebensdauer, ihrer räumlichen Verteilung in multikristallinen Si Scheiben zu erwähnen. Verwendet wurde eine Infrarot CCD-Kamera, die es erlaubt, relativ rasch mit hoher Auflösung die räumliche Verteilung der Lebensdauern zu erfassen. Eine weitergehende Analyse der Daten lässt Rückschlüsse auf die Aktivierungsenergie, d. h. auch auf die energetische Lage von Störstellen im verbotenen Band zu. Eine genaue, rasche Kontrolle und Analyse von multi- und einkristallinem Silizium in der Fertigung ist mit dieser Technik möglich.

13 S-11 Thin-film silicon A. Shah, L.Feitknecht, J. Guillet, N. Wyrsch Institut de Microtechnique (IMT), Université de Neuchâtel, Breguet 2, 2000 Neuchâtel Tel.: ; Fax: General comments Thin-film silicon presently only accounts for a very small fraction of the global PV market. However, the present supply shortage for wafer-based crystalline silicon modules clearly constitutes a chance for thin-film silicon to establish itself in the energy market, also. Interesting industrial solutions, especially based on single-junction amorphous silicon modules are now mature. Japanese companies can readily deliver thin-film silicon modules with around 50 Watt output per square meter from stock. And micro-morph tandem modules are in the prototype stage now. They should be able to boost the module power output by another 50% (relative). Fabrication costs and sales prices mentioned for thin-film silicon are as of now just slightly lower than those for wafer-based crystalline silicon modules: around 2.5 Euro/Wp sales price (in Germany) and 2.3 Euro/Wp fabrication cost were among the lowest prices presently mentioned. It is to be hoped that thanks to UNAIS SOLAR and its close collaboration with IMT, on one hand micro-morph modules with up to 10% stable total area efficiency can be fabricated, even on a commercial, serial basis; and, that, on the other hand, fabrication costs can be reduced to around 1.5 Euro/W p. This will yet take a few more years and a very intensive R and D effort. Thin-film silicon is ideally suited for Building-Integrated Photovoltaics (BIPV); here again thin-film silicon modules have yet to be introduced in a large way. Too few companies and Institutions are currently working on this. High Rate Deposition and large area deposition U. Kroll (Unaxis SPTec Neuchâtel) presented the results of the amorphous silicon solar cell development on the KAI-S reactor at IMT: single-chamber deposition of amorphous silicon cells and modules, using a water vapour or ammonia flush to avoid cross-contamination between doped and intrinsic layers. Y. Takeushi (Mitsubishi Heavy Industries) has developed, with support of the Japanese research program NEDO, a reactor with a ladder shaped electrode of 1.1x1.4 m 2 for module manufacturing; for lab-scale p-i-n solar cells he achieved the following milestones: µc-si:h single junction: 8.5% efficiency at 2.5 nm/s deposition rate, tandem: 13.5% efficiency fabricated at 1.4 nm/s Note: these are initial efficiencies. S. Wieder (Applied Films, Alzenau, D), who is working in collaboration with Forschungszentrum Jülich presented the vertical In-Line platform 'New Aristo' available for TCO coatings which will now also be set up for a-si:h / µc Si:H deposition; various processing methods such as capacitively-coupled plasma deposition and microwave deposition have already been successfully implemented, with substrate sizes up to 3x6 m 2. These were preliminary depostion experiments, no entire solar modules with reasonable efficiencies are so far reported P. Basore (formerly Pacific Solar, Sydney AU) announces the new follow-up company named CSG (http://www.csgsolar.com.au) which is now mainly located in Thalheim (Eastern Germany) and can be considered as the thin-film department of the Q-Cells company. The modules (recrystallised p-n junctions on glass) of 96cm 2 size, reaching 8% efficiency, have been independently measured at Sandia labs.

14 S-12 J. Meier (Unaxis SPTec, Neuchâtel) presented late breaking news from the industrial up-scaling process of work on micro-morph thin-film silicon solar cells. Excellent progress has been achieved since the very first steps that were started just in March All important module fabrication steps (e.g. TCO coating, silicon deposition, laser scribing) have now reached a remarkable level, allowing for the following cell performance: amorphous submodules active area 492 cm 2 efficiency 8.8% and micromorph 63.4 cm 2 active area with an efficiency of 7.9%. Higher efficiencies remain to be achieved during the next few months. T. Repmann of Forchungszentrum Jülich (D) presented remarkable optimisations which have been steadily pursued for the last couple of years on the multichamber RF deposition process; motivated by the industrial demand for fast cell manufacturing (deposition times below 1 hour), the single-chamber deposition process is also studied by this research group: at deposition rates around 0.5 nm/s and for substrate sizes of 30x30cm 2, amorphous modules with 10.2% (initial) and 8.0% stabilized efficiency (the latter after 357h of light-soaking); micromorph modules with 10.6% (initial) efficiency were measured. Anna. Selvan (EPV, Princeton N.J, USA) introduced a new concept of Transparent Conductive Light-trapping Oxides (TCLO). He claims that his TCLO developments outperform substantially the 'standard' SnO 2 type Asahi Glass Corp substrates, as indicated by Quantum Efficiency measurements of tandem cells. Industrial size (30.5x38 cm 2 ) micromorph modules are now also apparently under development at EPV, but no efficiency was given so far is given. The poster session on amorphous and microcrystalline silicon was mainly concentrated on devices fabricated by the Hot-Wire deposition process and on various diverse aspects of light-trapping and TCO contact layers. C. Niikura (AIST, Tsukuba, J) reported here on µc-si:h cells fabricated at 5.8 nm/s and 2.8 nm/sec with an efficiency of 4.8% and 6%, using the HPD-VHF plasma-deposition method. Flexible solar cells for Space: Note : Flexible solar cell are of interest to all laboratories which study solar cells, whatever material they may be using: CdTe, CIGS, GaAs or Si. For CIGS and GaAs, the flexible solar cells were classified within the sessions on solar cells for space, whereas thin-film silicon flexible solar cells were presented within the sessions on amorphous silicon. Silicon thin-film solar cells on plastic substrates: During the conference sessions, a single laboratory presented solar cell on plastic substrates: National Institute of Advance Industrial Science and Technology, Japan, group of M. Kondo: They collaborate with the firm Gore-Tex, who gives them plastic films. They spell it LCP film. I (Joëlle Guillet) asked them what is the LCP film as compared with PI and PET and they answered me it is very close to PI, it is also a thermoplastic and it has similar price and fusion temperature. They showed us a sample: it is an opaque foil with a milky color. Light-trapping: As is well known, light trapping is an absolutely essential point for thin-film silicon solar cells and modules. Each R and D team goes ahead with its own method. Often, each team uses its own substrates, uses only one type of texture and finds the optimum, within this narrow framework. But in fact, nobody has so far found a general solution to determine the overall best texture (surface geometry) for thin-film silicon solar cells.

15 S-13 Gratings: Mitsubishi Heavy Industries is very interested in fabricating thin film silicon solar cell with high efficiency. Therefore, they invest time and money in the field of light trapping. They presented a poster on grating simulation and concluded: In order to increase the J sc of thin film silicon solar cell, the optimum pitch size of the TCO is nearly equal to the light wavelength at which the silicon absorption coefficient is low. The problem is that their simulations were so far not confirmed by measurements. Random textures: Forschungsanstalt Juelich: They continue to study TCO (ZnO and SnO 2 ) texture for p-i-n structures and concluded (like us at IMT) that the rms (root mean square) roughness and Haze measurements are not sufficient to predict the optimum texture. Texture morphologies are also important (the same result was found in the Ph.D. thesis of Vanessa Terrazzoni-Daudrix). They showed a good correlation between J sc and vertical and horizontal texture details, as introduced by them, via power spectral density and angularly resolved scattering. Institute of Physics, Czech Academy of Sciences, Prague: The team of Milan Vanecek studied the absorption of an Ag layer deposited on a textured ZnO film (in its turn, deposited on glass). They concluded that, in the textured case, the Ag absorption is around 2.5 times higher than the absorption for flat silver; this effect causes a current density reduction of 0.5mA/cm 2 for microcrystalline National Institute of Advance Industrial Science and Technology, Japan : The team of Mitsui Kondo textured their LCP film in a different way; they considered only rms measurements (from AFM). They just said that the best results were obtained with the substrate which has rms=27nm (the smoothest substrate they tested). University of Barcelona Spain: Jordi Andreu s team embossed random textures on plastic substrates and studied thereby the effects within n-i-p solar cells. (IMT already does similar work with the so-called replication method, which interests strongly this team). Silicon heterojunction cells and modules Note: This cell design method is a combination between wafer-based crystalline silicon cells and thin film silicon cells. The success of Sanyo with its HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) cell has prompted high interest in silicon heterojunctions (SHJ). A large community of groups working on SHJ (all from Europe but NREL and UNSW) was thus present in Paris. An overview of the EU activity was presented by F. Roca from ENEA (Italy). At least 21 EU groups are currently active in 7 countries. Financing is coming from the EU projects MOPHET and ADVOCATE and from national programs in France and especially in Germany. An EU initiative for a research collaboration, EuroHIT, was launched by Carabe (CIEMAT, Spain). Most of the work in EU is based on p-type substrates (in order to have a different structure than Sanyo), and is dealing with the deposition of the amorphous (or microcrystalline) silicon emitter, the

16 S-14 passivation and the effect of thin interface layer at the SHJ. However, the use of a p-type substrate makes the creation of an efficient back surface field (for low back recombination) more difficult (due to different band offsets); this explains why the obtained efficiencies are, in general, lower than with n-type substrates. Within the presented papers we can underline the following results: Efficiency of 17.03% has been obtained at HMI Berlin (Schmidt et al) on p-type FZ-Si. The best results obtained by the MOPHET consortium (presented by Ferazza from EniTechnologie, Italy) are 17% (UNSW, University of New South Wales, Australia) on n-type Cz-Si with buried contacts and 17.1% at ENEA (Portici, Italy, in collaboration with the University of Rome) on p-type Cz-Si. 12% efficiency has also been obtained by UNSW on multi-crystalline n-type Si. An efficiency of 12% (on 100 cm 2 ) has also been achieved by the Fraunenhofer Institute (Gelsenkirchen) on multi-crystalline p-type Si. Ulyashin (University of Hagen, Belgium) presented an investigation of the SHJ interface and its effect on the performance. Hydrogen (from the a-si:h emitter diffusing into the c-si wafer is affecting the performances. TCO deposition on the emitter is also found to be a very critical step. The introducing of a thin porous silicon interface in the SHJ let to an improvement of the efficiency from 14.8 to 15.3% (on p-type Cz-Si). Note that Sanyo HIT cell is based on a n-type Cz-Si wafer and has reached a record efficiency of 21% and an efficiency of 18.5% in production. Characterization and measurement techniques Very few presentations dealt with this problem. Mainly one technique was repeatedly presented: Lock-in Thermography. Applications are so far in the crystalline silicon field, for wafer-based modules, but an application in the thin-film field is rapidly also becoming interesting. Exhibition A large exhibition was also taking place during this EU-PVSE Conference in Paris with more than 230 exhibitors (companies, research institutions and organisations). A large part of this exhibition was related to crystalline silicon cell manufacturing and module fabrication, demonstrating the strong position of this technology in Europe. Nevertheless, several large size thin-film silicon modules from Kaneka, Mitsubishi Heavy Industry, United Solar Ovonic, RWE Schott Solar, Sharp, Energy Photovoltaics, Free Energy Europe and Unaxis were on display indicating that this competitive technology is mature and is able to offer interesting products for building integrated PV. Manufacturing equipment is now available for example from Unaxis which is adapting its equipments for flat panel display production to a-si:h solar module manufacturing (see picture below). Regarding the micromorph concept (introduced by IMT), only one of such module types was on display, by Sharp (see picture)

17 S-15 3 a-si:h single-junction solar modules (up to 1.5 m 2 ) from UNAIS in front of a 5 m 2 a-si:h coated glass (for flat panel displays). Semitransparent micromorph (ca. 0.4 m 2 ) module of Sharp.

18 S-16 CIGS- & CdTe-based thin-film solar cells D. Abou-Ras, D. Rudmann, A.N. Tiwari Thin Film Physics Group, Laboratory for Solid State Physics, ETH Zürich, Technopark, 8005 Zurich Tel.: ; Fax: Numerous contributions to the field of thin-film solar cells based on chalcopyrite materials (CIGS, CdTe) were presented in session 4 (CIS, CdTe, and other ternary thin-film cells), but further papers appeared in other sessions, mainly session 8 (Space cells and systems). In total, about 130 papers were presented in this field. Progress of industry The progress of industry in the manufacture of CIGS or CdTe modules was presented in several talks. Shell Solar, Munich, Germany (F. Karg et al., J. Palm et al.) showed results of their pilot production of second-generation CIGS modules (module area: cm²) where they used edge deletion and a frameless glass-glass laminate design and achieved 13.1 % champion efficiency (11.6 % average). Adhesion of CIGS on Mo was found to be influenced by the presence of Na, which may be due to an influence of Mo on growth of MoSe 2, for example on the texture of the MoSe 2 grains. M. Powalla et al. gave an overview of the progress made at Würth Solar, Marbach, Germany. Their CIGS modules with an area of 0.65 m² ( cm² substrates) exhibit an average efficiency of 11.5 % and the champion efficiency achieved is 13.0 %. The production yield is currently at 85 %. The upscaled equipment using 1.2 m substrate width is expected to go into production by the end of The expected production capacity in 2004 is 1.3 MW p with an efficiency > 10 %, and a production capacity of MW p and cost competitiveness are expected for K. Kushiya et al. from Showa Shell Sekiyu, Kanagawa, Japan, presented recent progress on their CIGS module production research. With a substrate size of cm² (aperture area 3456 cm²) and Zn(O,S,OH) x buffer layers, a champion module efficiency of 13.2 % was achieved. O. Kerrec (EDF, Chatou, France) and J.F. Guillemoles (CNRS/ENSC, Chatou, France) gave an overview of the CISEL project (CIS grown by electrodeposition). The goal of the project is to achieve 10 % efficiency on 1 m² substrates, a yield of 90 %, and a production capacity of 30 MW p per year. The projected module cost is below 0.9 /W p (in about 2010). Currently, the best cell has an efficiency of 10.5 % on small area (0.1 cm²). A.E. Delahoy et al. from Energy Photovoltaics (Lawrenceville, USA) presented results on CIGS devices prepared by a hybrid sputtering/evaporation process. The films were grown in the deposition sequence 1. Evaporation of In, Ga, and Se; 2. Sputtering of Cu; 3. Selenization; 4. Evaporation of In, Ga, and Se. A Cu-rich overall composition of the precursor film prior to selenization and the selenization temperature were found to be important for achieving good device efficiencies % conversion efficiency has been achieved with such a process. I. Luck et al. presented news from Sulfurcell Solartechnik, Berlin, Germany. The company is in a scaleup phase in 2004 and plans pilot production in The projected cost for their CuInS 2 modules is 1.5 /W with a module efficiency of 8.4 %. D. Bonnet (ANTEC Solar, Germany) gave an overview of the historical development of ANTEC Solar. Presently, CdTe modules with an efficiency of 7.3 % are produced at an output of 2000 modules/week; and the bottlenecks are related to the interconnect scribes.

19 S-17 Research towards industrial application R. Menner et al. from ZSW, Stuttgart, Germany, presented results on reactive DC sputtering from Zn:Al targets for TCOs in CIGS modules, which was investigated as an alternative to the more common and more problematic rf sputtering from ceramic targets. After a two-day test, 9-10 % average module efficiency was achieved, which was slightly below the reference value obtained with standard ZnO:Al of 11 %. However, there is still plenty of room for improvement. N. Romeo et al. (University of Parma, Italy) presented a completely dry CdTe manufacturing process that does not require wet etching. Efficiencies in the range of 15.2 to 15.8 % were achieved with such a process.. Wu et al. (NREL, Golden, USA) presented a manufacture-friendly process for CdTe solar cells, based on low-cost soda-lime glass substrates with SnO 2 as front contact. 14 % cell efficiency was achieved thus far. Alternative buffer layers Another focus in this symposium was on alternative buffer layers for CIGS solar cells, i.e., buffer layers that are primarily Cd free, but also have a wider band gap than the standard CBD-CdS and can be deposited with a dry (vacuum) process. In 2 S 3 deposited by ALD (Atomic layer Deposition) is a promising candidate. N. Naghavi et al. (CISEL) found significant diffusion of Na from the CIGS absorber into the ALD-In 2 S 3 layer using PS. D. Abou- Ras et al. (ETH Zürich) presented structural and chemical investigations of CIGS/ ALD-In 2 S 3 interfaces by means of TEM. S. Gall et al. from the University of Nantes, France, presented RD studies on PVD-In 2 S 3 buffer layers deposited at 20 C, 130 C and 200 C. Neither for 130 C nor for 200 C they found any -In 2 S 3 phase, but instead detected the CuIn 5 S 8 and the CuInS 2 phase. Also on PVD-In 2 S 3 buffer layers, N. Barreau et al. (University of Nantes), reported on the influence of oxygen, sodium and copper. The introduction of these atoms did not change the crystal structure of -In 2 S 3 up to a certain concentration. It was shown that the optical band gap of In 2 S 3 increases with increasing Na content and decreases with increasing Cu content. The formation of CuIn 5 S 8 and CuInS 2 was proposed for large Cu contents. N. Romeo et al. (University of Parma) reported about % efficiencies for CIGS cells with PVD- CdS buffer layers. The PVD-CdS buffer layers were deposited at 200 C substrate temperature, which may activate Cd diffusion from the PVD-CdS into the CIGS. Y.C. Chiba et al. (Tokyo Institute of Technology, Japan) presented research on CIGS cells with MOCVD-grown (Zn,Mg)O. First cell efficiencies are around 6-7 %. Also H.W. Schock et al. (IPE, University of Stuttgart, Germany) reported on their development of Cd-free CIGS solar cells with in situsputtered (Zn,Mg)O buffer layers. An efficiency of 11.5 % was achieved up to now. Deposition of In x Se y buffer layers by evaporation of In 2 Se 3 powder was found to lead to best cells (up to 14.8 %) when the substrate temperatures were around 100 C or even lower.

20 S-18 Flexible solar cells Several research groups presented results of CIGS cells or modules obtained on flexible substrate materials. D. Herrmann et al. (ZSW) reported 4.4 % efficiency of mini-modules on polyimide foils prepared by CIGS in-line coevaporation, the best cell efficiency achieved was 11 %. T. Niesen et al. (Shell Solar) reported 11.3 % active area cell efficiency (cell area 1.4 cm²) on polyimide, and 13.9 % on Ti foils (30 µm). With an area of 24.7 cm², 11.7 % were obtained on Ti. The Thin-Film Physics Group from ETH Zürich, Switzerland (D. Rudmann et al.) presented a new world record on polyimide substrates, with an efficiency of 13.1 % (total area), where the polyimide foil used is commercially available. The decisive improvement in efficiency was attributed to the development of a post-deposition Na incorporation method. ETH Zürich (A.N. Tiwari et al.) also achieved an 11.4 % efficiency record for CdTe-based solar cells on flexible polyimide substrates and presented ITO as a stable and transparent back contact for semi-transparent CdTe solar cells (9 % efficiency). K. Noller et al. (Fraunhofer Institute for Process Engineering & Packaging, Freising, Germany) presented the development of flexible polymer barrier films for the encapsulation of solar cells, which would allow encapsulation of flexible solar cells. The barrier films are based on multilayer systems with hybrid polymer-inorganic layers. An UV-absorber layer is included in order to prevent degradation of the encapsulant upon UV-irradiation. Space applications Several contributions also dealt with space applications of chalcopyrite-based solar cells. S. Kawakita et al. (Japan Aerospace Exploration Agency, Ibaraki, Japan) presented stability tests of CIGS cells with a 100-µm cover glass after 600 days in orbit (MDS-1 satellite), where no significant degradation of cell performance resulted. Calculations indicate that also bare CIGS solar cells (without cover glass) should be stable in space, which is a consequence of the temperature cycling, since annealing of the cells heals the radiation damage-induced performance degradation. JAEA plans to test bare CIGS solar cells and modules in orbit on micro-satellites (two projects in 2005 and 2008). K. Shimazaki at al., also from JAEA, gave a presentation on optical coatings for thermal control of CIGS solar cells in space. During operation, the temperature of bare CIGS cells rises to about 110 C in GEO owing to a low emissivity in the infrared range from about 2.5 to 100 µm. An optical coating was developed, where a high reflectivity in the near-ir and a high emissivity in the far-ir was achieved, such that the operational temperature is expected to decrease to 65 C. The coating consists of thin layers, such that flexible solar cells would remain flexible. ETH Zürich (A. Romeo et al.) presented the prospects and development of flexible CdTe solar cells. CdTe-based devices exhibit an excellent resistance against electron and proton irradiation and are superior to Si, III-V, or CIGS solar cells in that respect. Future generations of thin-film solar cells Among the novel concepts under investigation are CIGS-based tandem solar cells. M. Symko-Davies at al. presented the progress made at NREL in their R&D programme of polycrystalline thin-film tandem solar cells. CGS cells are developed for the top cell, an efficiency of 9.5 % has been achieved so far (1.68 ev band gap). With a surface modification of CGS absorbers (resulting band gap: 1.64 ev), 10.2 % efficiency were achieved. A mechanically stacked tandem device with 9.7 % efficiency was achieved, so far (CGS top cell (SnO 2 transparent back contact), CIS bottom cell). At IEC, a monolithic tandem cell with 3.8 % efficiency was prepared.

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