Das Projekt "Duennfilm-Gassolarzellen auf der Grundlage von Cu(Ga,In)Se2-Chalkopyrit-Halbleitern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Physikalische Elektronik durchgeführt. Objective: The project aims to realize efficient thin film solar cells with chalcopyrite semiconductors as absorber material. Either single junction devices with optimized bangap or tandem systems are developed. The work is performed in collaboration with the Universities of Parma (Prof. Romeo), Montpellier (Prof. Savelli), Newcastle Polytechnique (Prof. Hill), and ENSC de Paris (Dr. Vedel). General Information: Cu(Ga,In)Se2 thin films are deposited by simultaneous vacuum evaporation of the single elements from special sources. Films with compositions y in the whole range of the quaternary system cugay In1-Y Se2 have been investigated. The optical bandgap varies nearly linearly with composition from 1.04 to 1.68 ev. Only p-type conductivity strongly dependent on the Cu/Ga + in ratio have been observed. Heterojunctions have been fabricated by evaporating Ga-doped (Zn, Cd)S or ZNO films onto the absorber layer. Solar cell efficiencies of cells with compositions Y =0, 0.5, 1 are 8.4, 2.7, 5.8 per cent. First results on films fabricated by selenization of metal films have demonstrated the feasibility of this possibly low-cost method.
Das Projekt "Subproject: Manz CIGS Technology GmbH" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Manz CIGS Technology GmbH durchgeführt. Dünnschichtsolarzellen auf Basis von Chalkogenid-Absorberschichten sind aufgrund ihres herausragenden Energiewandlungswirkungsgrades von großem wissenschaftlichem und wirtschaftlichem Interesse. Der Nachteil dieser Technologie besteht in der Verwendung von teuren und nur begrenzt verfügbaren Elementen wie Indium und Gallium. Im Rahmen dieses Projektes werden daher zwei Ansätze zur Lösung des Problems behandelt: Deutliche Verringerung der Absorberschichtdicke von Cu(In,Ga)(Se,S)2 und Ersetzung von Indium und Gallium durch die Elemente Zink und Zinn in der Chalkogenidstruktur Cu2ZnSn(S,Se)4. Während für den ersten Ansatz die Herausforderung in der Vermeidung von lokalen Kurzschlüssen und in der optischen Einkopplung liegt, sind mit dem zweiten Ansatz vielfältige festkörperphysikalische und festkörperchemische Fragen verbunden, ist doch über die Kesterithalbleiter bislang die Wissensbasis noch klein. Ziel des Projektes ist es, durch Untersuchung des Chalkogenidschichtwachstums Absorberschichten mit geringem Verbrauch kostenintensiver Elemente zu erforschen und zu entwickeln. Aufgabe der Manz CIGS Technology GmbH ist die Herstellung von Solarzellen und -modulen mit reduzierter CIGS-Absorberschichtdicke auf produktionsrelevanten Flächen bis zu 1200 x 600 mm2. Dies führt neben der Ersparnis der Ausgangsmaterialien zu deutlich verkürzten Prozessdurchlaufzeiten, aber auch zu einem signifikanteren Einfluss der Grenzflächen und Inhomogenitäten auf die Moduleigenschaften. Mit Unterstützung der Laborstudien der Universität Halle sollen die limitierenden Einflussfaktoren aufgezeigt und verstanden werden. Daraus abgeleitete Modellprozesse sollen nachfolgend in der Produktion der Manz CIGS Technology GmbH getestet und im Erfolgsfall eingebunden werden. Das wirtschaftliche Potential soll im Vergleich zu anderen PV-Technologien (insbes. Kesterite) aufgezeigt werden.
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 "Teilprojekt 1; Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH, Bereich Erneuerbare Energie, Institut für heterogene Materialsysteme durchgeführt. Projektziel ist die Charakterisierung der von den Partnern des Konsortiums hergestellten photokatalytisch-aktiven Materialien zur Untersuchung d. Wasserspaltung zu Wasserstoff und Sauerstoff. Dazu sollen eine Reihe von Standard-Analysetechniken eingesetzt u. modifiziert o. weiterentwickelt werden. Ein Schwerpunkt ist die in-situ-Analytik am BESSY (ISISS-Strahlrohr) für photokatalytische Untersuchungen eingesetzt u. weiterentwickelt werden. Ein zweiter Schwerpunkt ist die Herstellung von Halbleiterheteromaterialien (Komposite) und deren Austestung hinsichtlich der photokatalytischen Wasserspaltung (Device Entwicklung). 1: Wachstum von Halbleiter- Dünnschichten und Analytik/Charakterisierung;AP2: Herstellung und Charakterisierung von Kohlenstoffnitrid-Schichten auf Halbleiter-Dünnschichten; Testreaktionen zur Wasserspaltung;Oxidationschemie;AP3: Herstellung und Charakterisierung von Kohlenstoffnitrid- Nanoschichten auf Halbleitern (u.a. Chalkopyrit-Dünnschichten); Testreaktionen zur Wasserspaltung; Oxidationschemie;AP4: Herstellung und Charakterisierung von Hetero-Halbleiterstrukturen auf der Basis von TCOs und Chalkopyrit; neue Bauelemente und Prototypen. Aufbau eines Teststandes;AP5: In-situ-Synchrotronanalytik/ISISS-Strahlrohr-BESSY/ Koop. AK Schlögl,Beller/Junge, Brückner:- Stabilitätstest und Massenspektrometrie - In-situ PES/XAS-Charakterisierung unter Lichteinstrahlung bei ca.1mbar und Kopplung mit Massenspektrometrie
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: Koverdampfung von Cu(ln,Ga)Se2 und Evaluierung neuer Lösungsansätze zur Steigerung des Wirkungsgrades" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Manz CIGS Technology GmbH durchgeführt. Ziel des geplanten Verbundprojekts ist es, die Wissensbasis für die halbleitenden Funktionsschichten einer Cu(In,Ga)Se2 bzw. Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGS)-Solarzelle zu erhöhen und dieses Wissen für die weitere Steigerung des Wirkungsgrads von Zellen und Modulen zu nutzen. Wirkungsgrad und Stabilität/Metastabilität werden durch die physikalischen Eigenschaften der Funktionsschichten und Grenzflächen bestimmt. Hier ist insbesondere der oberflächennahe Bereich des CIGS-Absorbers von Bedeutung. Auf diesen Bereich fokussiert das Projekt der deutschen Spitzenforschung mit der Verzahnung von Analyse, Modellierung und Optimierung. Dieses Zusammenspiel schafft die Voraussetzung für noch höhere Wirkungsgrade (geringere Kosten) und bessere Stabilität der CIGS-Technologie in Laborsolarzellen bzw. -modulen und somit auch im industriell hergestellten Modul.
Das Projekt "Massen- und Energiebilanzen fuer die Herstellung von CiS-Duennschichtzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für praktische Energiekunde, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. durchgeführt. Energieversorgungsanlagen auf der Basis regenerativer Energiequellen werden in der oeffentlichen Diskussion die Eigenschaften zugeschrieben, eine besonders umweltfreundliche und unerschoepfliche Energietechnologie zu sein. Allerdings wird dabei haeufig vernachlaessigt, dass die Herstellung der Anlagen, aufgrund der im allgemeinen geringen Leistungsdichte der Energiequellen, mit einem vergleichsweise hohen Material- und Energieaufwand verbunden ist. Ziel dieser Arbeit ist es, basierend auf einer detaillierten Prozesskettenanalyse und Verfahrensbeschreibung, Massenbilanzen fuer Chalkopyrit-Solarzellen zu erstellen, die es ermoeglichen die in einen Prozessschritt eintretenden Stoffe ueber moegliche Umwandlungsreaktionen bis hin zur 'Abgabe an die Umwelt' zu verfolgen. Neben der Belastung der Umwelt mit Rest- und Abfallstoffen aus der Fertigung ist fuer die Bewertung einer energietechnischen Zukunftsoption vor allem der Kumulierte Energieaufwand von Bedeutung. Der primaerenergetisch bewertete Energieaufwand bildet die Basis fuer die Berechnung der energetischen Amortisationsdauer. Anhand der energetischen Amortisationsdauer lassen sich Aussagen darueber treffen, wie effizient eine Energietechnologie ist, d.h. in welchem Zeitraum sich die zur Herstellung aufgewendete Energie durch die Energieerzeugung der Anlage amortisiert hat.
Das Projekt "Teilvorhaben: Hocheffiziente Cu(In,Ga)(S,Se)2-Dünnschichtmodule" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AVANCIS GmbH & Co. KG durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, eine deutliche Effizienzsteigerung von CIGS-basierten Dünnschicht-Solarmodulen zu erreichen. Diese Steigerung soll durch Verbesserung der Absorberschicht, der Pufferschicht sowie der Grenzschicht zwischen diesen beiden Schichten erreicht werden. Durch den Verbund der Projektpartner stehen in optimalster Weise Kapazitäten für Analytik, Prozessierung und Simulation zur Verfügung. Im Zusammenspiel von Analytik an Einzelschichten und ihren Grenzschichten einerseits und elektro-optischer Simulation andererseits wird ein Modell erarbeitet, mit dessen Hilfe weitere Effizienzsteigerungspotentiale dargelegt werden sollen. Die so gefundenen Steigerungspotentiale werden dann in der Prozessierung umgesetzt und sollen zu einem Solarmodul mit einer Effizienz von größer 20 % (Aperturwirkungsgrad) führen. Dieser Wert liegt mehr als 2 % über dem aktuellen Weltbestwert für CIGS-basierte Dünnschicht Solarmodule.
Das Projekt "Teilvorhaben: Weiterentwicklung der Anlagentechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Manz AG durchgeführt. Ziel ist die Absicherung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit der CIGS-Technologie auf Basis der Prozess- und Anlagentechnik der Manz CIGS Technology GmbH und der Anlagentechnik der Manz AG für schlüsselfertige Produktionsanlagen. Es werden die Konzepte für Anlagentechnik der nächsten Generation mit vergrößerter Substratfläche erforscht und entwickelt. Alle für die LCoE relevanten Roadmaps (Wirkungsgrad, capex, Material, Betrieb, opex) werden erforscht und mit den internationalen Roadmaps der LCoE anderer PV-Materialien verglichen. Zur Absicherung und Risikominimierung werden einzelne Testanlagen (CIGS und Strukturierung) durch die Manz AG konzipiert und gebaut und in der Innnoline der MCT qualifiziert. Parallel wird die MCT die Prozesstechnik für CIGS-Module mit den Schwerpunkten CIGS und Strukturierung intensiv weiterentwickeln. Übergeordnetes Ziel des Vorhabens sind wettbewerbsfähige, mittel- bis langfristige Stromgestehungskosten mit CIGS-Modulen aus Fabriken von der Manz AG. In diesem Vorhaben soll nachgewiesen werden, dass die Herstellkosten für CIGS-Module mit der Manz-Technik von heute ca. 40 unter 30 $Cent je W weiter reduziert werden können.
Das Projekt "Teilvorhaben: Material- und Prozessoptimierung, Kosten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von NICE Solar Energy GmbH durchgeführt. Ziel ist die Absicherung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit der CIGS-Technologie auf Basis der Prozess- und Anlagentechnik der Manz CIGS Technology GmbH und der Anlagentechnik der Manz AG für schlüsselfertige Produktionsanlagen. Es werden die Konzepte für Anlagentechnik der nächsten Generation mit vergrößerter Substratfläche erforscht und entwickelt. Alle für die LCoE relevanten Roadmaps (Wirkungsgrad, capex, Material, Betrieb, opex) werden erforscht und mit den internationalen Roadmaps der LCoE anderer PV-Materialien verglichen. Zur Absicherung und Risikominimierung werden einzelne Testanlagen (CIGS und Strukturierung) durch die Manz AG konzipiert und gebaut und in der Innnoline der MCT qualifiziert. Parallel wird die MCT die Prozesstechnik für CIGS-Module mit den Schwerpunkten CIGS und Strukturierung intensiv weiterentwickeln. Übergeordnetes Ziel des Vorhabens sind wettbewerbsfähige, mittel- bis langfristige Stromgestehungskosten mit CIGS-Modulen aus Fabriken von der Manz AG. In diesem Vorhaben soll nachgewiesen werden, dass die Herstellkosten für CIGS-Module mit der Manz-Technik von heute ca. 40 unter 30 $Cent je W weiter reduziert werden können.
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