Die Europäische Chemikalienagentur (ECHA) hat sieben neue besonders besorgniserregende Stoffe (SVHC) auf die Kandidatenliste der EU-Chemikalienverordnung REACH gesetzt. Unter den neu aufgeführten Substanzen sind vor allem fortpflanzungsgefährdende und krebserregende Stoffe. Darunter der Weichmacher Diheylphtalat, Blei(II)acetat, Trixylyl Phosphat und Imidazolin-2-Thion, das bei beispielsweise für die Herstellung von Gummireifen Verwendung findet. Außerdem will die ECHA auch Cadmiumsulfid und zwei karzinogene Dinatriumhydrogenphosphate in den REACH-Annex aufnehmen.
Das Projekt "Teilprojekt: Chemische Badabscheidung von Zn(O,S)-Pufferschichten für CIGS-Solarzellen bei sehr hohen Depositionsraten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Übergreifendes Ziel des Projekts ist die Entwicklung von Cd-freien Puffer- und transparenten Frontkontakt-schichten für hocheffiziente CIGS-Dünnschichtsolarzellen, die beide aus dem chemischen Bad nach kostengünstigen, chemisch verwandten und technologisch skalierbaren Prozessen abgeschieden werden und nur auf ZnO basieren. Konkret bedeutet dies für den Puffer eine Zn(O,S)-Schicht und für das Fenster eine ZnO/ZnO:Al-Doppelschicht. Dieser Ansatz kann zu einer beträchtlichen Kostenreduktion führen (a) durch den Ersatz von CdS und den damit verbundenem Verzicht auf anspruchsvolle Sicherheitsvorkehrungen bzw. die Entsorgung von toxischen Abfällen, (b) durch die Substitution der teuren Sputtertechnologie zur Abscheidung der ZnO/ZnO:Al-Fensterschicht durch eine günstigere Nicht-Vakuummethode und (c) durch die Vereinfachung der Komplexität der maschinellen Ausstattung durch die Möglichkeit der Abscheidung beider aufeinanderfolgenden Schichten im gleichen Reaktor. Neben dem ökonomischen Aspekt zielt das Projekt auf ein tieferes Verständnis des gegenseitigen Einflusses von Grenzflächen. Ein neuer Rekordwert von größer als 20% für Cd-freie Zellen und größer als 14 % für Cd-freie 30x30cm2 Module soll erzielt werden. Ziel des ZSW ist die Weiterentwicklung der Zn(O,S)-Pufferschicht durch Optimierung der Wachstumskinetik sowie die Anpassung der CIGS-Oberflächeneigenschaften in Bezug auf die Banddiskontinuität an der Puffer/Absorber-Grenzfläche. Die vom ZSW geplanten Aufgaben konzentrieren sich (a) auf die Präparation von Absorberschichten und die Anwendung dieser für die Herstellung von Zellen mit Zn(O,S)-Puffer sowie von Referenzzellen mit CdS, (b) auf die Entwicklung von schnellen Zn(O,S)-Prozessen unter Berücksichtigung von Schichtzusammensetzung und Verträglichkeit mit der CIGS-Absorberschicht und (c) auf die Anwendung von kathodenzerstäubten ZnO/ZnO:Al- bzw. ZnMgO/ZnO:Al-Schichten als Frontkontakt zur Präparation von Laborzellen und Minimodulen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Das Verständnis von der Verbindung zwischen Struktur und Chemie an der CdS/CIGS-Grenzfläche durch korrelative Mikroskopie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Fachgruppe Physik, I. Physikalisches Institut durchgeführt. Das Gesamtziel des Vorhabens ist es, die Korrelation zwischen strukturellen und chemischen Eigenschaften der CIGS-Absorber und des pn-Übergangs auf Basis von experimentellen Ergebnissen zu verstehen. Daher wird das Projekt in zwei Teile unterteilt. Im ersten Teil geht es darum, die chemischen und strukturellen Eigenschaften der Ga oder S-reiche Absorber für verschiedene Verarbeitungsparameter zu verstehen. Im zweiten Teil geht es darum, die chemischen und strukturellen Eigenschaften für verschiedene p-n-Übergänge zu verstehen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Optimierung der Se-Versorgung bei der sequentiellen Herstellung von CIGSSe Dünnschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH durchgeführt. In diesem Teilvorhaben wird angestrebt, die Herstellungskosten von Cu(In,Ga)(Se,S)2 basierten Solarzellen bei gleichzeitiger Verbesserung der Wirkungsgrade zu reduzieren. Ausgangspunkt ist ein industrierelevanter atmosphärischer Selenisierungs- und Sulphurisierungsprozess zur schnellen Deposition von Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGSSe)* Schichten aus metallischen Vorläuferschichten. Die beiden Hauptziele sind: 1.) Entwicklung einer geeigneten thermischen bzw. plasmaunterstützten Aktivierung des während der thermischen Prozessierung von Cu-In-Ga Vorläuferschichten angebotenen Selens, sowie die Erforschung der Auswirkungen auf den Prozess. 2.) Test und Evaluation einer Anlage zur Rückführung von während der thermischen Prozessierung überschüssig angebotenem Selen. *Cu: Kupfer; In: Indium; Ga: Gallium; S: Schwefel; Se: Selen. Das Vorhaben ist in 5 Arbeitspakete (AP) gegliedert. AP1 beinhaltet die Herstellung geeigneter Glas/Mo/Cu-In-Ga Vorläuferschichtstapel mit Elektrodeposition und Magnetron-Sputtern für die sequentielle Prozessierung zu Cu(In,Ga)Se2 Absorberschichten. In AP2 wird eine Anlage für die thermische Aktivierung von Se in eine in-line Anlage des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) eingebaut, getestet und erforscht. Eine weitere separate Anlage für die thermische Prozessierung mittels plasmaunterstützt aktivierten Selens, inkl. integrierter optischer Kontrolle der Aktivierung wird entwickelt, aufgebaut und studiert. AP3 beinhaltet die Erforschung einer gezielten Einbringung von Schwefel in die Cu(In,Ga)Se2 Oberfläche zur Wirkungsgradsteigerung. In AP4 wird eine bereits entwickelte Selenrückführungsanlage in die bestehende in-line Anlage am HZB eingebaut und evaluiert. AP5 hat zum Ziel geeignete CdS und Zn(O,S) Puffer- und ZnO Fensterschichten für die Fertigstellung von Solarzellen und Solarmodulen abzuscheiden. Zentraler Punkt ist die Untersuchung der optoelektronischen Eigenschaften der Bauteile, diese zu evaluieren und mit Prozessierungsparametern zu verknüpfen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Großflächige Cd-freie Pufferschichten mittels CBD-Prozess" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bosch Solar CISTech GmbH durchgeführt. Im Verbundprojekt IROKESE wird mit der Erforschung Cd-freier Pufferschichten eine Schlüsseltechnologie effizienter und wettbewerbsfähiger CIGS-Module adressiert. Dabei steht die Steigerung des Wirkungsgrads mit reduzierten Fertigungskosten im Mittelpunkt. Es soll ein skalierbarer, industrietauglicher und inlinefähiger Prozess erforscht und dieser für unterschiedliche CIGS Absorber aus der sequenziellen Route qualifiziert werden. Innerhalb des Teilvorhabens liegt der Fokus auf der Realisierung einer Cd-freien CBD-Technologie sowie der Evaluierung verschiedener Puffertechnologien auf Absorbern der eigenen Produktion. Zum Erreichen des ersten Zieles wird eine CBD-Versuchsanlage so umgebaut, dass sie zur Abscheidung von Zn(O,S)-Puffern geeignet ist. An der Anlage werden dann Versuche zur Abscheidung der Puffer auf eigenen Absorbern sowie Absorbern der Projektpartner durchgeführt. Die mit diesen Puffern hergestellten Module werden hinsichtlich ihrer Eigenschaften charakterisiert um den Abscheidungsprozess eingehender zu evaluieren und Schlüsselparameter (Wirkweise Additiv, Einfluss Bewegung der Lösung & Konzentration) zu identifizieren. Für das Erreichen des zweiten Zieles werden Absorber der eigenen Produktion den Projektpartnern zur Erforschung verschiedener alternativer Puffertechnologien zur Verfügung gestellt. Mit der geeignetsten Technologie soll ein Demonstrator entwickelt werden, an dessen Bau und Inbetriebnahme sich Bosch Solar CISTech mit eigenem know how beteiligen wird.
Das Projekt "Teilvorhaben: Qualifikation und Zertifizierung von CIGS- Modulen mit Cd- freien Pufferschichten auf Basis von thermischer Verdampfung und chemischer Badabscheidung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Robert Bosch GmbH durchgeführt. Im Verbundprojekt IROKESE wird mit Cd-freien Pufferschichten eine Schlüssel-Technologie für wettbewerbsfähige CIGS- Module adressiert. Dabei steht die Steigerung des Wirkungsgrads mit reduzierten Fertigungskosten im Mittelpunkt. Es soll ein skalierbarer, industrietauglicher und inlinefähiger Prozess erforscht und dieser für unterschiedliche CIGS Absorber aus der sequenziellen Route qualifiziert werden. Das Konsortium besteht aus einem Hersteller von Photovoltaikmodulen, einem etablierten Anlagenproduzenten und renommierten Experten für die CIGS Photovoltaik. Im diesem Teilvorhaben wird das Verdampfen von In2S3 vorangetrieben. Insbesondere wird der Einfluss einer in-situ Abscheidung des Puffers direkt nach Absorberformung erforscht. Weiterhin stellt der Transfer der Ergebnisse vom HZB auf das System bei RB den ersten Skalierungsschritt dar. Das Vorhaben konzentriert sich weiterhin auf den CBD- Zn(O,S)-Prozess, für den Schlüsselparameter (Wirkweise Additiv, Einfluss Bewegung der Lösung & Konzentrationen) identifiziert werden. Untersuchungen auf 30 x 30 cm2 bei RB und HZB, sowie parallel auf Modulgröße bei CIS Tech, erlauben eine schnelle Verwertung der Ergebnisse. Insbesondere ist bei dem Entscheidungspunkt zur Projektmitte darauf zu achten, dass die Definition und Gewichtung der Bewertungskriterien sowie die Entscheidung für alle Partner transparent ist und dass danach alle Ressourcen gebündelt die Skalierung der Zieltechnologie vorantreiben.
Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung flüssigprozessierter ZnO-basierten Puffer- und Frontkontaktschichten für CIGS-Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Manz CIGS Technology GmbH durchgeführt. Die Cu(In,Ga)Se2- (CIGS-) Dünnschichtsolarzellentechnologie hat im vergangenen Jahrzehnt kontinuierliche Fortschritte gemacht. Der Rekordwirkungsgrad für CIGS-Zellen liegt inzwischen bei 20,8% und damit höher als Solarzellen aus multikristallinem Silizium, während CIGS-Module in industrieller Standardgröße Wirkungsgrade bis 15,9% erreichen. Hocheffizienz-CIGS-Module verwenden eine sogenannte Pufferschicht aus CdS, die mittels chemischer Badabscheidung aufgebracht wird. Das Vorhandensein von Cadmium in den Modulen wie auch seine Verarbeitung und Entsorgung der cadmiumhaltigen Produktionsabfälle stellen eine Belastung für die Umwelt dar. Ein zweiter potentieller Engpass der CIGS-Technologie ist der transparente Frontkontakt (transparent conductive oxide, TCO) aus i-ZnO/Al:ZnO, das mittels Kathodenzerstäubung abgeschieden wird und daher teure Vakuumanlagen benötigt. Eine vakuumlose TCO-Abscheidung auf einfacheren Anlagen mit geringeren Investitionskosten wäre wirtschaftlich attraktiver und könnte die Wettbewerbsfähigkeit von CIGS-Modulen im Vergleich zu den etablierten siliziumbasierten Technologien stärken. Diese beiden Funktionsschichten sollen im Vorhaben erforscht und auf seine Tauglichkeit im Vergleich zu den bisherigen Materialien bzw. Verfahren untersucht werden. Die Produktionsfähigkeit und die Herstellkosten sollen im Vergleich zu den bisherigen Verfahren geprüft werden. Der Arbeitsplan des Gesamtvorhabens teilt sich in acht Arbeitspakete auf. In Arbeitspaket 1, 2 und 5 stellt Manz CIGS Technology geeignete Materialien als Referenz- oder Versuchsmaterial nach den jeweiligen Anforderungen der Partner (in der Regel in den Größen von 5cm x 5cm bis 30cm x 30cm) zur Verfügung. Weitere Aufgaben (Arbeitspaket 6 und 7) sind neben der technischen Bewertung der Anlagen und Verfahren im Hinblick auf eine industrielle Hochskalierung auch eine Kostenanalyse zur Überprüfung der wirtschaftlichen Umsetzbarkeit der Prozesse.
Das Projekt "Bioverfuegbarkeit von Cadmiumaerosolen in der Rattenlunge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umweltchemie und Ökotoxikologie durchgeführt. Im Anschluss an eine inhalative Karzinogenitaetspruefung mit Cadmiumchlorid und in Projektvorbereitung eines neuen Langzeitversuches mit schwerloeslichem Cadmiumoxid und -sulfid wurde ein 30taegiger Inhalationstest mit feinpartikulaeren (0.2-0.5 mue MAD) Cadmiumaerosolen zur Bestimmung der pulmonalen Bioverfuegbarkeit und Toxizitaet an der Ratte durchgefuehrt. Die Aerosolkonzentrationen betrugen 0.1 mg/Kubikmeter Cd (CdCl2 und CdO) bzw. 1 mg/Kubikmeter (CdS). Eine gleich grosse Kontrollgruppe wurde in gefilterter Frischluft unter den gleichen Bedingungen gehalten. Nach intensiver Lungenspuelung der ganzkoerperfundierten Ratten wurde von excidierten Lungen ein Homogenat bereitet. Als Indikatoren pulmonaler Bioverfuegbarkeit wurden im Cytoplasma der Lungen die Cd- und Metallothioneingehalte bestimmt. Es wurde ermittelt, dass der cytosolische Cd-Gehalt der mit CdO exponierten Rattenlungen zweifach hoeher war als nach Inhalation von CdCl2. Dieser Befund wurde unterstuetzt durch doppelt hoehere Lungenmetallothioneingehalte und Cytotoxizitaet auf die Alveolarmakrophagen. In den Lungen der CdS-Gruppe wurden gleich hohe cytosolische Cd- und Metallothioneingehalte gemessen wie bei den Ratten der CdO-Gruppe. Diese Ergebnisse zeigen, dass schwerloesliche kleinpartikulaere Cadmiumaerosole nicht inert deponiert werden, sondern pulmonal bioverfuegbar und auch toxisch sind.
Das Projekt "Teilvorhaben: Deposition und Analyse verschiedener ROHS-konformer Puffer-Schichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH, Bereich E, PVcomB durchgeführt. Das Konsortium hat sich das Ziel gesetzt, einen skalierbaren, industrietauglichen, inlinefähigen Prozess für eine Cd-freie Pufferschicht zu entwickeln und diese für unterschiedliche Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGSSe) Absorber zu qualifizieren. Die Absorber umfassen reines Cu(In,Ga)Se2 (CIGSe) aus einem schnellen Atmosphärenprozess bis hin zum Cu(In,Ga)(S,Se)2 aus einem Batch Prozess. Durch konsequente Optimierung der Zusammensetzung und des Verfahrens soll dieser Vorteil von Cd-freien Pufferschichten in einen für die gesamte Wertschöpfungskette relevanten Wirkungsgradanstieg von bis zu 1 Prozent absolut umgesetzt werden. In dem Teilvorhaben 'Deposition und Analyse verschiedener ROHS-konforme Puffer-Schichten' werden am HZB bekannte und neue Materialien und Depositionsverfahren auf Pilotanlagengröße (bis 30x30 cm) evaluiert, um eine Zieltechnologie zu ermitteln, die auf kommerzielle Modulgröße aufskaliert wird. In diesem Teilvorhaben sollen die unterschiedlichen Puffertechnologien auf Pilotgröße getestet und optimiert werden. Dabei wird ein Schwerpunkt auf die innovativen Pufferschichten aus Zn(O,S) gelegt, da diese eine verbesserte Stromsammlung im blauen Spektralbereich ermöglichen, was zu einem Stromgewinn in der Solarzelle von bis zu 2mA/cm2 führt. Außerdem soll ein neuer Prozess entwickelt werden, der die intrinsische etwa 50nm dicke ZnO- Schicht durch eine erweiterte Zn(O,S) Pufferschicht ersetzt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Charakterisierung, Optimierung und Zuverlässigkeitserprobung von CIGS-Modulen mit Cd-freien Pufferschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Ulm, University of Applied Sciences Labor Biotechnologie, Fakultät Mechatronik und Medizintechnik durchgeführt. Im Verbundprojekt IROKESE wird mit der Erforschung Cd-freier Pufferschichten eine Schlüsseltechnologie effizienter und wettbewerbsfähiger CIGS-Module adressiert. Dabei steht die Steigerung der Effizienz gekoppelt mit reduzierten Fertigungskosten im Mittelpunkt. Langfristig ist zudem mit einem Wettbewerbsvorteil durch den Ersatz von CdS mit einer Cd-freien Pufferschicht zu rechnen. Mit elektrischen Messverfahren und Lumineszenzcharakterisierung sollen die Schlüsselparameter bei der Herstellung von Pufferschichten für die Qualität des Heteroüberganges ermittelt und optimiert werden. Unterstützt durch Simulationen sollen Modelle erstellt werden, welche die Rolle der Pufferschicht im Heteroübergang beleuchten. Mit Photolumineszenzcharakterisierung wird eine Messtechnik evaluiert, welche es erlaubt, in einem frühen Stadium der Fertigung die Qualität der Pufferschicht zu überwachen. Über die Adaption geeigneter Erprobungsverfahren soll die Zuverlässigkeit der Module mit Cd-freier Pufferschicht beurteilt und optimiert werden. Durch enge Zusammenarbeit mit den Projektpartnern, Erstellung von Meilensteinplänen und einem konsequenten Risikomanagement sollen die gesteckten Ziele erreicht und überwacht werden. Dabei werden Methoden aus der Automobil- und Mikroelektronik auf Gegebenheiten von Solarzellen angewandt. Simulationsunterstützt sollen Modelle entwickelt werden, die das Verhalten Cd-freier Solarzellen beschreiben und Schlüsselparameter bei der Fertigung identifizieren.
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