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: 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 "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: 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: In-situ Diagnostik und Simulation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Institut für Physik, Fachgruppe Photovoltaik 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. Mit Hilfe von neuester in situ Diagnostik, modernsten, hoch orts- und zeitaufgelösten Charakterisierungsmethoden sowie mittels Simulationen und ab initio Modellierung sollen die Funktionsschichten und Solarzellen analysiert werden, um diese Erkenntnisse in die Verbesserung der Funktionsschichten und Grenzflächen einfließen zu lassen. Instrumente der Wirkungsgraderhöhung sind: Erhöhung der Bandlücken und Optimierung des Bandlückenverlaufs, Optimierung des Bereichs am pn-Übergang und Grenzflächenanpassung. Dabei soll die Bandlückenenergie der CIGS-Funktionsschicht (Absorber) graduell erhöht werden, um die Leerlaufspannung zu steigern, die Bandlücke der Pufferschicht erhöht werden, um die Stromausbeute zu erhöhen und die Leitungsbandkante der Fensterschichten modifiziert werden, um die Bandanpassung zu verbessern.
Das Projekt "Teilvorhaben: In situ-Wachstumsanalytik und optoelektronische Charakterisierung von Cu(In,Ga)Se2 und Cu(In,Ga)(S,Se)2 Dünnschichten für hocheffiziente Dünnschichtsolarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH durchgeführt. Das Vorhaben hat zum Ziel, die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen CIGS-Solarindustrie, d. h. Modulhersteller, aber auch der dazugehörige Maschinenbau, zu internationalen Konkurrenten und zur dominierenden Si-Solartechnologie zu gewährleisten. Hierfür ist ein vertieftes Verständnis der Halbleitereigenschaften von CIGS-Dünnschichtsolarmodulen, hergestellt mittels industriell relevanter Ko-Verdampfungs- und sequentieller Prozesse, nötig. Das Ziel des hier beantragten Teilvorhabens besteht darin, den Einfluss der Prozessparameter während des Absorberschichtwachstums auf chemische Gradienten und Bildung von strukturellen Defekten sowie deren Auswirkungen auf die optoelektronischen Eigenschaften und Solarzellenwirkungsgrade zu bestimmen. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse sollen in Zusammenarbeit mit den Verbundpartnern gezielte Prozessoptimierungen ermöglicht werden, die zu einer Steigerung der maximalen Wirkungsgrade führen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Elektronenstrukturrechnungen zum Einfluss von Puffermaterialien auf die Eigenschaften des Cu(ln,Ga)(S,Se)2 Absorbers" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Material- und Geowissenschaften, Fachgebiet Materialmodellierung durchgeführt. Eine Schlüsselrolle bei der Steigerung des Wirkungsgrades von CIGS-Zellen spielt der pn-Übergang zwischen CIGS und Puffermaterial. Durch quantenmechanische Rechnungen auf Grundlage der Dichtefunktionaltheorie soll dazu beigetragen werden, dass der Einfluss der Absorber-Puffer-Grenzfläche auf den solaren Wirkungsgrad aufgeklärt und Maßnahmen zur Erhöhung des Wirkungsgrades erarbeitet werden. Durch die theoretischen Untersuchungen der Grenzfläche zwischen Absorber und Puffermaterial sollen Grenzflächenstruktur, Defekteigenschaften und elektronische Eigenschaften und Interdiffusionsmechanismen aufgeklärt werden. Hierzu wird die Beschaffenheit verschiedener Absorber/Puffer (In2S3 und Zn(O,S)) Grenzflächen untersucht. Die Rechnungen liefern gleichzeitig Information über die elektronische Struktur der Grenzfläche, d. h. Bandanpassung und Lage des Ferminiveaus, über den Einfluss von Diffusionsvorgängen und grenzflächeninduzierten Dehnungen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Spektroskopische, chemische und mikrostrukturelle Analyse von Absorber- und alternativen Pufferschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Lichttechnisches Institut durchgeführt. Das Vorhaben soll die Wissensbasis zu den Funktionsschichten von Cu(In,Ga)(S,Se)2- (CIGS-) Solarzellen erhöhen, um den Projektpartnern bzw. der deutschen Industrie eine weitere Steigerung der Wirkungsgrade zu ermöglichen. Hierfür ist ein detailliertes Verständnis der physikalischen Eigenschaften und Verlustmechanismen in den Funktionsschichten nötig. Aufgabe des KIT ist es deshalb, die spektroskopischen, chemischen und mikrostrukturellen Eigenschaften der Absorber- und Pufferschichten zu analysieren, mit dem Ziel, den Einfluss der Herstellungsparameter und des Zelldesigns auf die Verlustmechanismen zu identifizieren und durch Rückkopplung an die Hersteller eine weitere Optimierung zu ermöglichen. Hierzu wird die Expertise von drei Gruppen am KIT vereint: KIT-LTI widmet sich der Analyse der Absorber- und Puffereigenschaften mittels optischer Spektroskopie, um Aussagen über die elektronischen Eigenschaften und Verlustmechanismen zu treffen, aber auch der Kelvinsonden-Rasterkraftmikroskopie (KPFM), die ein vertieftes Verständnis der elektrischen Eigenschaften ermöglicht. Die Ergebnisse werden mit strukturellen und chemischen Analysen mittels elektronenmikroskopischer Methoden am KIT-LEM bzw. röntgen- und elektronenspektroskopischen Methoden am KIT-ITCP korreliert, um eine umfassende Evaluation der Auswirkungen der Probenstruktur und Prozessparameter auf die resultierenden Schicht- und Bauelement-Eigenschaften und damit eine weitere Optimierung zu ermöglichen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Koverdampfung von hocheffizienten Cu(In,Ga)Se2 Dünnschichtsolarzellen mit erhöhten Depositionsraten und alternativen Zn(O,S) Pufferschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Solibro Hi-Tech GmbH durchgeführt. Der Absorber wird im Firmenverbund der Solibro durch das Verfahren der Ko-verdampfung hergestellt. Ziel des Vorhabens ist, ein verbessertes Verständnis der Wachstumsbedingungen und Grenzflächenkonditionierung der CIGS-Schicht Eigenschaften zu erreichen. Dieses Verständnis der kritischen Wachstumsparameter und materialspezifischen Limitierungen soll die Erhöhung der Prozessgeschwindigkeit bei gleichbleibender Effizienz ermöglichen und damit eine Steigerung des Produktionsvolumens. Das Ziel ist die CIGS Abscheidungsgeschwindigkeit um bis zu 50 % zu erhöhen. Im Bereich des pn-Übergangs ist das Ziel innerhalb des Projektes, das Prozessfenster für den alternativen Cd freien Puffer Zn(O,S) Abscheidung mittels ALD zu definieren. Schwerpunkte im Bereich der Zn(O,S) Abscheidung liegen dabei einerseits in der Analyse der Grenzflächen sowie andererseits in einer Verbesserung der Wachstumsbedingungen in Bezug auf die Homogenität und Zusammensetzung der Schichten. Ziel ist es, im Vergleich mit der chemischen-Bad-Abscheidung von CdS, eine Steigerung des Wirkungsgrades um bis zu 0,5 % zu erreichen.
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