Photovoltaikforschung am Fraunhofer IST

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1 Photovoltaikforschung am Fraunhofer IST Niedersächsisches Photovoltaik Symposium zum 29. Tag der Niedersachsen Hameln, 19. Juni 2009

2 Eckdaten 2008 Mitarbeiter Stammpersonal 97 Auszubildende 5 Kooperation mit IOT 4 Doktoranden 10 wiss. Hilfskräfte/Diplomanden 60 Betriebshaushalt 10,2 Mio Investitionen 1,3 Mio Finanzierung Betriebshaushalt Grundfinanzierung 21 % Interne Programme 5 % Öffentliche Erträge 31 % Wirtschaftsertrag 43 %

3 Vision Fraunhofer IST Photovoltaikforschung am Fraunhofer IST»Schichten für unsere ZukunftCoatings for our Future«

4 Geschäftsfelder des Fraunhofer IST Photovoltaikforschung am Fraunhofer IST Maschinenbau und Fahrzeugtechnik Werkzeuge Energie, Glas und Fassade Optik, Information und Kommunikation Mensch und Umwelt Luft- und Raumfahrt

5 Forschungsschwerpunkte im Bereich der Dünnschicht nnschicht- Photovoltaik Transparent leitfähige Oxide Si 3 N 4 Passivierungsschichten für Poly-Si a-si:h/µc-si:h Schichten Magnetronzerstäubung Heißdraht-CVD Gasflusssputtern Simulation von Plasmaquellen und -prozessen Drittmittel in 2008: etwa 2.5 Mio (Anteil 30%)

6 Die Bedeutung transparenter Leiter CIS-Photovoltaik-Fassade, Montagehalle der Von Ardenne Anlagentechnik, Dresden Quelle: Panasonic Wachstumsmärkte von % pro Jahr

7 Dünnschicht nnschicht-solarzellen Photovoltaikforschung am Fraunhofer IST a-si Si-Zelle CdTe-Zelle CIS-Zelle Glas TCO Glas TCO TCO CdS p n-cds p-cuinse 2 i n a-si Al oder Ag p-cdte Al oder Ag Mo Glas

8 Transparent leitfähige Oxidschichten Die wichtigsten Materialien Material Spezifischer Widerstand µωcm Trans- mission Kosten Prozess In 2 O 3 :SnO 2 (ITO) 110 DC-/RF- Magnetron- Sputtern ZnO:Al 260 Reaktives MF- Magnetron-Sputtern SnO 2 :F 490 CVD (»k-glass«)

9 Indium-Markt Kosten [USD/kg] Indium Preis (Indium Advocate News) Datum Preisanstieg für Indium um den Faktor 10 Mehr als 70 % des gewonnenen Indiums fließt in die Herstellung von Flachbildschirmen Steigender Bedarf für low R Sh TCO- Schichten als Frontkontakte für die Dünnschicht-Photovoltaik Großer Bedarf für alternative TCO- Materialien

10 Optimierung von ZnO:Al-Schichten für a-si:h/ Si:H/µc-Si:H Si:H-Zellen Raue Schichten erhöhen den Zell- Wirkungsgrad (Lichteinfang durch Vielfachreflexion). 1µm Glas TCO Rough TCO d 650 nm R Sh 5 W a-si- p-i-n Ag Weak absorption for red light light trapping is necessary Strong absorption for blue and green light

11 Magnetronzerstäubung für die Großfl flächenbeschichtung Kathodenzerstäubung Ein Billiardspiel zwischen Atomen und Ionen Magnetfeldlinien Prinzip der Magnetronzerstäubung Elektronenbahnen 3,75 m Magnetronkathode für die Großflächenbeschichtung (Quelle: LEYBOLD)

12 Pulsmagnetronzerstäubung ubung mit planaren und rohrförmigen rmigen Targets Quelle: BOCCT Target Tube Target Tube Substrate Substr ate Gas Gas TubesTub es Target Tube

13 Vertikale Durchlaufanlage LEYBOLD A 700 V 5 Prozesskammern Substratabmessungen bis zu 600 x 1000 x 150 mm 3 verschiedene Prozessvarianten und - kombinationen

14 Heißdraht draht-cvd zur Hochrate-Gro Großfl flächenabscheidung von a-si:h/ Si:H/µc-Si:H Si:H-Schichten Schichten Motivation: Einfache Systeme, leichte Aufskalierbarkeit Keine Defekte durch hochenergetische Partikel Keine Beeinflussung durch elektrische Felder Dichte Schichten ohne Fremdatome Hohe Ausnutzung der Vorläufergase Ziel: Si-basierte Dünnschichtphotovoltaik auf Architekturglasmaßen en bei Beschichtungsraten mindestens fünfmal höher her als Stand der Technik

15 Heißdraht draht-cvd zur Hochrate-Gro Großfl flächenabscheidung von a-si:h/ Si:H/µc-Si:H Si:H-Schichten Schichten Prozessgas: SiH mit H 4 2 a-si Einstellung der Korngröß ößen über Prozessparameter Counts/s GI0.2.xrdml 008 GI0.2.xrdml 004 GI0.2.xrdml Si-026 GI0.3.XRDML Si-030 GI0.3.xrdml Si-027 GI0.3.XRDML Si-028 GI0.3.xrdml Si-029 GI0.3.xrdml µc-si 400 Herstellung von hoch- effizienten Tandemzellen möglich Position [ 2Theta] SiH 4 - Anteil nimmt zu

16 Heißdraht draht-cvd zur Hochrate-Gro Großfl flächenabscheidung von a-si:h/ Si:H/µc-Si:H Si:H-Schichten Schichten Erste Mehrkammer-Durchlaufanlage für Heißdraht draht-cvd 7 Kammern, 3 Beschichtungsmodule Länge 8 m Substrate 500 mm x 600 mm Abscheidung von pin-strukturen

17 Gasflusssputtern zur Hochrate-Gro Großfl flächenabscheidung von a-si:h/ Si:H/µc-Si:H Si:H-Schichten Schichten Motivation: Einfache Systeme, leichte Aufskalierbarkeit Sanfte Depositionsbedingungen (niederenergetische Teilchen) Hohe Depositionsraten Hohe Targetmaterialausnutzung

18 »International Conference on Coatings on Glass« Juni 2010 in Braunschweig Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!