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Teilvorhaben: Entwicklung von transparent leitfähigen Fensterschichten aus amorphem InZnO mit hoher Beweglichkeit für Cu(In,Ga)(S,Se)2-Absorber

Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung von transparent leitfähigen Fensterschichten aus amorphem InZnO mit hoher Beweglichkeit für Cu(In,Ga)(S,Se)2-Absorber" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Entwicklung und Optimierung eines industrietauglichen Abscheideprozesses für amorphe Schichten auf Basis von InZnO (IZO) als Alternative zu heutigen Standard-Fensterschichten aus ZnO:Al (AZO) für Cu(In,Ga)(S,Se)2-Solarmodule (CIGS). Schon bei CIGS-verträglichen, niedrigen Abscheidetemperaturen sind für IZO amorphe Schichten zu erwarten, die aufgrund höherer Ladungsträgerbeweglichkeit ein besseres Verhältnis von Transmission zu Widerstand im Vergleich zu herkömmlichem ZnO:Al aufweisen sollten. Die erwartete gute Substratbedeckung amorpher Schichten und die im Vergleich zu AZO hohe intrinsische Stabilität gegenüber Feuchte lassen verbesserte Langzeitstabilität der CIGS-Module erwarten.

Teilprojekt 1: Prozessentwicklung zur Herstellung des textilen Solarzellen-Schichtsystems

Das Projekt "Teilprojekt 1: Prozessentwicklung zur Herstellung des textilen Solarzellen-Schichtsystems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V. durchgeführt. Das Vorhabenziel besteht in der Entwicklung eines flexiblen Solargewebes mit innovativer Verschaltung der Einzelsolarzellen, wodurch das großflächig produzierte Solartextil nachträglich zu Modulen mit beliebigen Leistungsparametern und Geometrien zugeschnitten werden kann. Adressiert wird die Energieversorgung im Medizintechnik- und Consumer-Elektronik-Bereich. Im Teilprojekt wird das Solarzellen-Materialsystem bestehend aus dem Rück- und Front-Kontakt, der a-Si:H-Solarzellen-Schicht und den Leiterbahnen zu den Kontaktdrähten entwickelt und so optimiert, dass bei den durch Gewebe und Coatings der Partner vorgegebenen Bedingungen hinsichtlich Temperaturstabilität, Wärmeausdehnung und Topographie Solar-Zellen mit 5% Wirkungsgrad auf dem Gewebe erreicht werden. Im Vorhaben vorgesehen sind sowohl temperaturstabile Glasfaden-Textilien, die außerdem die Möglichkeit der Beleuchtung durch das Gewebe bieten, als auch Niedertemperatur-Gewebe auf Polyamid-Basis, welche ein breiteres Anwendungsfeld eröffnen. Das Teilprojekt beinhaltet die Evaluierung der Gewebe und der Coatings der Partner auf ihre Eignung zum Aufbringen von Solarzellen-Schichten. Das betrifft u.a. die Vakuum- und Temperatur-Stabilität sowie Wärmeausdehnung und Oberflächenzustand. Im Haupt-AP erfolgt die Entwicklung der Kontakte aus Metall und TCO sowie der optimalen a-Si:H-Schicht. Das AP beinhaltet als Teil-AP den Test unterschiedlicher Metalle, die Entwicklung eines Sputter-Prozesses für hochleitfähiges ITO als TCO, die Bestimmung der optimalen Gaszusammensetzung für die Abscheidung des a-Si:H bei variierten Temperaturen sowie die Entwicklung der Drucktechnologie für Silber-Leiterbahnen. Bei den Kontaktschichten erfolgt eine enge Zusammenarbeit mit SITEC in Hinblick auf die Laserstrukturierung. Weitere Arbeitspakete des TP betreffen die Evaluierung des Solar-Systems nach Laserzuschnitt bei SITEC und nach Verkapselung bei FMP, sowie die Präparation von Solarmodulen für den Energy-Harvesting-Demonstrators bei ITP.

Dünnschichtsolartechnologien der Zukunft - SOLAMO

Das Projekt "Dünnschichtsolartechnologien der Zukunft - SOLAMO" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Das Projekt SOLAMO hat zum Ziel, die beiden derzeit attraktivsten Dünnschichtsolarzellentypen basierend auf Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) und Perowskiten parallel zueinander weiterzuentwickeln, so dass sie eines Tages in einer Tandemstruktur zusammengeführt werden können. CIGS: Die bereits im letzten Berichtszeitraum bestellte CIGS-Vakuumanlage wurde ausgeliefert, aufgebaut und abgenommen. Alle geforderten Spezifikationen (z.B. Basisdruck) konnten eingehalten werden oder waren noch besser als gefordert. Nach der Inbetriebnahme konnten auf Anhieb bereits relativ gute Absorber abgeschieden werden. Bei einer CIGS- Niedertemperaturabscheidung mit einer nominellen Substrattemperatur von 380 Grad Celsius wurden auf Polymerfolie (Polyimid) CIGS-Schichten in einem 3-Stufenprozess abgeschieden, die nach Aufbringen aller anderen Schichten zu Zellwirkungsgraden von bis zu 14,5 % führten. Auf Glassubstrat konnte im Niedertemperatur-CIGS-Prozess (420 Grad Celsius) sogar ein Wirkungsgrad von 17,2 % erreicht werden. Bei höheren Substrattemperaturen (500 Grad Celsius) lag der maximale Wirkungsgrad auf Glas bei 17,7 %. Der Wirkungsgrad ist dabei nicht direkt mit der Substrattemperatur korreliert, sondern entsteht durch eine komplexe Zusammenwirkung von Natrium- bzw. Kaliumdotierung, Interdiffusion der einzelnen Elemente (Cu, In, Ga, Se) und dem über der Schichtdicke eingebauten Gallium-Zusammensetzungsgradienten. In ersten Niedertemperatur-Versuchen bei 400 Grad Celsius auf Polymerfolie wurde zur Erhöhung der Abscheidegeschwindigkeit die Kupfer-Aufdampfrate in der zweiten Beschichtungsstufe erfolgreich verdoppelt, ohne Einbußen beim Zellwirkungsgrad zu erleiden. Perowskite: Perowskitsolarzellen wurden weiterhin im Standard- und invertierten Aufbau in opaker und semitransparenter Konfiguration untersucht. Im Standard-Aufbau konnte durch die Verwendung von PCBM und Al2O3 Nanopartikeln die Beschichtung verbessert und die unerwünschte Hysterese reduziert werden. Im invertierten Aufbau wurden fast hysteresefreie gut reproduzierbare Effizienzen von ca. 15 % erzielt. Um Kosten zu sparen, wurde versucht, den bisher thermisch verdampften Silber- Rückkontakt durch gesputtertes Aluminium zu ersetzen. Unter Verwendung eines Temperschrittes konnten Wirkungsgrade größer 10 % erreicht werden. Für semitransparente Perowskitzellen wurde als semitransparenter Frontkontakt Indium- Zink-Oxid (IZO) sowohl im Standard als auch im invertierten Aufbau getestet. In beiden Architekturen wurden Wirkungsgrade größer 13 % erzielt. Gleichzeitig blieben 70 % Transmission im Wellenlängenbereich größer als 775 nm für die Nutzung im Tandemverbund mit einer möglichen Subzelle aus CIGS oder Silizium erhalten. Erste Glas-zu-Glas Verkapselungstests zeigten, dass auch nach 9 Monaten Lagerung im Dunkeln noch größer als 12 % Wirkungsgrad (frische Probe 14,9 %) erreicht werden können (entspricht einer relativen Degradation von 18 %). (Text gekürzt)

Entwicklung neuer Materialien und Devicestrukturen für konkurrenzfähige Massenproduktionsverfahren und Anwendungen der organischen Photovoltaik

Das Projekt "Entwicklung neuer Materialien und Devicestrukturen für konkurrenzfähige Massenproduktionsverfahren und Anwendungen der organischen Photovoltaik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leonhard Kurz Stiftung & Co. KG durchgeführt. Ziel ist die Rolle-zu-Rolle Herstellung von ITO-freien flexiblen OPV-Modulen. Schwerpunkt des Teilvorhabens wird auf der Entwicklung und Optimierung der dazu erforderlichen Beschichtungsprozesse unter Verwendung eines ITO-Ersatzmaterials liegen. Weitere Ziele sind die Bereitstellung von funktionsfähigen opaken und semitransparenten OPV-Modulen für Integrationstests.

Keimbildungsinduzierte Selbstorganisation zur Strukturierung organischer Hybridsolarzellen

Das Projekt "Keimbildungsinduzierte Selbstorganisation zur Strukturierung organischer Hybridsolarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung durchgeführt. Im Rahmen des Projektes soll der Wirkungsgrad von organischen photovoltaischen Zellen (OSZ) aus niedermolekularen Komponenten durch Optimierung der OSZ-Architektur hinsichtlich effektiver Exzitonen-Diffusion bzw. Ladungstrennung und -transport verbessert werden. Die dazu erforderliche Zell-Strukturierung im Nanometer-Bereich soll mittels Selbstorganisation durch Keimbildungsvorgänge bzw. durch Wachstumsprozesse in der frühen, thermodynamisch stabilen Wachstumsphase erreicht werden. Selbstorganisationsprozesse mittels Keimbildung und Wachstum sollen an anwendungsnahen Modellsystemen untersucht werden. Dabei werden beispielsweise die Selbstorganisation OSZ-geeigneter Donator- oder Akzeptorsubstanzen auf Modelloberflächen untersucht, danach die Selbstorganisation auf OSZ-geeigneten ITO- oder Zinkoxid-Oberflächen. Zuletzt sollen Hybrid-Strukturen aus Donator- und Akzeptorsubstanzen auf OSZ-geeigneten Oberflächen, d.h. funktionsfähige Solarzellen erstellt werden. Die Strukturbildung wird vorwiegend lösungsmittelprozessiert durchgeführt. Komplexere Hybridstrukturen sollen auch durch Kombination aus lösungsmittel-basierenden Prozessen und Aufdampf-Techniken erstellt werden. Ziel ist die Herstellung effizienter organischer Hybrid-Solarzellen mittels prozesstechnisch vergleichweise einfacher und ökonomischer, lösungsmittel-basierender Verfahren, die sich ggf. technisch relativ einfach vom Labormaßstab auf industrielle Bedingungen hochskalieren lassen. Es wird erwartet, dass die Untersuchungen zur keimbildungsinduzierten Selbstorganisation und Strukturierung an diversen Grenzflächen wesentliche neue Erkenntnisse erbringen, die für die Grundlagenforschung sowie angewandte Forschung bedeutend sind. Dementsprechend sollen die wissenschaftlichen Ergebnisse zur Herstellung verbesserter Solarzellen verwendet werden und auch in führenden internationalen Zeitschriften und auf internationalen Konferenzen (unter Verweis auf den Projektträger) veröffentlicht werden.

Entwicklung neuer Materialien und Devicestrukturen für konkurrenzfähige Massenproduktionsverfahren und Anwendungen der organischen Photovoltaik

Das Projekt "Entwicklung neuer Materialien und Devicestrukturen für konkurrenzfähige Massenproduktionsverfahren und Anwendungen der organischen Photovoltaik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Lichttechnisches Institut durchgeführt. Es werden neuartige OPVs auf flexiblen oder auf starren Trägern untersucht. Während die Verwendung flexibler Substrate eine Integration von Solarzellen auf nahezu beliebigen Oberflächen erlaubt, sind Glasträger insbesondere für die Integration von photovoltaischen Elementen in Fenster-Applikationen interessant. Entscheidendes Kriterium ist neben einer prinzipiellen, vollständigen Druckbarkeit der Solarzellen der Verzicht auf Indiumzinnoxid (ITO) als Elektrodenmaterial. Als flexible Träger kommen von der Firma PolyIC hergestellte, leitfähige und transparente PolyTC-Folien zum Einsatz. Für Glas-Anwendungen wird ein entsprechender Herstellungsprozess für Metallgrids und leitfähige Pufferschichten entwickelt. Es werden hocheffiziente, semi-transparente OPVs und Minimodule aus organischen Halbleitern entwickelt. Damit werden eine der Schlüsseltechnologien und ein entscheidendes Alleinstellungsmerkmal für die OPV bedient. Integration und Strukturierung der PolyTC-Folien in reguläre und invertierte OPVs; Entwicklung neuartiger Elektrodensysteme auf Glas; Effizienzoptimierung; Entwicklung von semi-transparenten OPVs; Untersuchung der Farbeigenschaften und deren Beeinflussung; semi-transparente Tandemsolarzellen; Entwicklung von Mini-Modulen im Labormaßstab; begleitende optoelektronische Simulation; Erweiterung der Simulationssoftware für semi-transparente Bauelemente; Meilenstein ITO-freies Mini-Modul PCE größer als 6 Prozent, Meilenstein semi-transparentes Mini-Modul PCE größer als 5 Prozent.

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