Das Projekt "EXIST-Forschungstransfer: AK Inspect" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK), Lehrstuhl für Elektrische Mess- und Prüfverfahren durchgeführt. In diesem Vorhaben wird ein kompaktes und kostengünstiges bildgebendes Messsystem für die automatisierte Produktionskontrolle auf Basis von Photolumineszenz Imaging entwickelt. Das zu entwickelnde System ist in der Lage, wichtige elektrische Eigenschaften von Solarzellen bei allen Prozessschritten zu Messen und den zu erwartenden Wirkungsgrad der Solarzellen frühzeitig vorherzusagen. So kann frühzeitig eine Entscheidung über die weitere Prozessierung der vermessenen Proben getroffen werden. Für den Einstieg in den Markt wird die Funktionalität in Förderphase I zunächst auf die Messung an sägerauhen Proben am Beginn der Prozesskette beschränkt, weil der Nutzen für den Kunden dort am größten ist. Entgegen der bisherigen Strategie der Systemanbieter, die Kameras und Beleuchtungseinheiten separat einzukaufen und zu implementieren, wird dazu im Bereich der Hardware eine proprietäre kompakte Messeinheit entwickelt, die Beleuchtung, Bildaufnahme und Signalverarbeitung in ein Bauteil kombiniert und dadurch die Materialkosten um einen Faktor 2 bis 4 reduziert. Diese kompakte Messeinheit kann platzsparend direkt über den Transport Förderband für die Solarzellen in der Produktion installiert werden. Um eine Bildauswertung mit einfachen und günstigen Prozessoren auf der Messeinheit zu realisieren (Embedded System), wird basierend auf der Erfahrung der Gründer eine neue Bibliothek mit Geschwindigkeits- und ressourcenoptimierten Bildauswertungsalgorithmen entwickelt. Arbeitspakete und Meilensteine für die Erreichung der oben beschriebenen Projektziele sind in der Vorhabensbeschreibung detailliert dargestellt.
Das Projekt "Q-Wafer: Verfahrensentwicklung: Messtechnik und Methodik zur Extraktion und Bewertung von Qualitätsmerkmalen und Anwendung auf hocheffiziente PERC-Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Mangels geeigneter Messtechnik und v. a. mangels einheitlicher, geeigneter Kriterien für eine Qualitätsbewertung kann die elektrische Materialqualität von mc-Si Wafern für die Solarzellenproduktion nur unzureichend bestimmt werden, was die Produktionseffizienz entlang der gesamten Wertschöpfungskette beeinträchtigt. Ziel des Projekts ist daher die Entwicklung einer standardisierbaren und schnellen Qualitätsbewertung von mc-Si Wafern mittels Photolumineszenz (PL). PL an mc-Si Wafern liefert ortsaufgelöste Information über Kristallfehler und Verunreinigungen, ist inline einsetzbar und damit sehr gut geeignet für eine 100 Prozent Kontrolle der Waferqualität. Für eine automatische PL-Bildbewertung müssen Bildverarbeitungsalgorithmen zur Merkmalsextraktion entwickelt werden. Um die erforderliche Mindestinformation für eine erfolgreiche Vorhersage zu bestimmen, muss eine breite Datenbasis geschaffen werden und ein repräsentativer Querschnitt an Wafern von unterschiedlichen Herstellern aus unterschiedlichen Prozessführungen und unterschiedlichen Positionen im Tiegel und Brick untersucht werden. Die extrahierten Merkmale müssen anhand von Referenzmethoden auf ihren physikalischem Hintergrund untersucht werden. Um Relevanz und Vollständigkeit der extrahierten Information zu überprüfen, müssen Wafer mit unterschiedlichen Zellprozessen zu Solarzellen prozessiert werden. Um große Wafermengen analysieren zu können, soll im Rahmen eines Unterauftrags ein Messautomat mit Inline-PL-Modul von einem Messtechnikanbieter entwickelt werden.
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.
Das Projekt "Teilprojekt: Stationäre Photolumineszenz zur optoelektronischen Charakterisierung von Absorbern und Qualifizierung der Methode als in-line Prozesskontrolle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Oldenburg, Institut für Physik, Arbeitsgruppe GRECO Halbleiterphysik,Strahlungswandlung durchgeführt. Das Projekt hatte zum Ziel, Solarmodule aus Kupfer, Indium, Gallium und Sulfid - Cu(In,Ga)S2 - weiterzuentwickeln. Aufgabe des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie war es, die idealen Prozessbedingungen für die Synthese dieses Absorbertyps mittels reaktiven Anlassens von Cu-In-Ga-Vorläuferschichten in Schwefelatmosphäre zu erforschen. Die Kinetik der Verbindungsbildung sowie die Entwicklung der Ga-Tiefenverteilung und der Korngrößen wurden dazu während des Herstellungsverfahrens mit Hilfe einer In-situ-Prozesskammer in Echtzeit durch Röntgendiffraktion und Fluoreszenzanalyse untersucht. Auf Basis der Erkenntnisse wurde der Herstellungsprozess modifiziert und ein neuer zertifizierter Rekordwirkungsgrad für Cu(In,Ga)S2-Solarzellen von 13,1 Prozent erreicht.
Das Projekt "Q-Wafer: Entwicklung einer inline-fähigen Qualitätsbewertung für multikristalline Silizium-Wafer für die Solarzellenproduktion- Teilvorhaben PV Crystalox" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von PV Crystalox Solar Silicon GmbH durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer Qualitätsbewertung von mc-Si Wafern für die Solarzellenproduktion mittels Photolumineszenz (PL)-Bildern. Im Projekt sollen die PL-Merkmale verfeinert, erweitert oder reduziert werden. Es soll untersucht werden, welche Informationen die PL-Bilder für eine erfolgreiche Vorhersage mindestens enthalten müssen. Im Sekundentakt zu erreichende Bildaufnahmen und Bildauswertungen sind Basis für die Qualitätsbewertung. Hierfür muss ein repräsentativer Querschnitt an Wafern von unterschiedlichen Herstellern aus unterschiedlichen Prozessführungen untersucht werden. Die Wafer werden bei Zellherstellern mit unterschiedlichen Zellprozessen zu (Hocheffizienz-)Solarzellen prozessiert werden. Aufgrund des höheren Wirkungsgradpotentials weisen diese neuartigen Solarzellenstrukturen eine höhere Empfindlichkeit für die Materialqualität auf, was dem hier entwickelten Verfahren des Waferratings zusätzliche Relevanz verleiht. Darüber hinaus kann mit dem Verfahren in Zukunft ein unmittelbares Feedback an die Qualität der Kristallisation gegeben werden. Der Verbund besteht aus Institut, Materialhersteller, Solarzellenhersteller, Messtechnikanbieter. Der Materialhersteller stellt eine repräsentative Probe unterschiedlichster Materialqualitäten zusammen. Diese werden am Institut u.a. mittels PL untersucht und anschließend am Institut und Solarzellenhersteller zu Zellen prozessiert. Die Ergebnisse der Zellen sind Feedback an das Material.
Das Projekt "Teilvorhaben: Untersuchungen zur Eignung der Photolumineszenz als nicht-invasive Methode zur Charakterisierung und Beurteilung des Zustandes von EVA-basierten Einbettungspolymeren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin (Humboldt-Univ.), Institut für Physik durchgeführt. Im Mittelpunkt des Teilvorhabens steht die Nutzung unterschiedlicher Methoden der Photolumineszenz (PL) zur Charakterisierung von neuartigen Einbettungspolymeren. Dabei werden die Einbettungspolymere selbst, wie auch ganze PV-Module untersucht. Neben der Charakterisierung der verschiedenen Materialien soll untersucht werden, wie sich die Alterung (beschleunigt D/H; UV; Freibewitterung) in der PL der verschiedenen Polymere manifestiert. Eine neue wichtige Fragestellung besteht in der Untersuchung einer möglichen Korrelation von Vernetzung des Polymers und PL. Des Weiteren wird die Alterung der unterschiedlichen Polymere in den neuartigen Modellmodulen untersucht. Dabei wird insbesondere der Frage nachgegangen, inwieweit eine Miniaturisierung des Multi-Agings möglich ist. Die bei diesen Untersuchungen gewonnenen Ergebnisse werden mit PL-Messungen an beschleunigt gealterten und freibewitterten (aus den Teilprojekten des ISE und von Solarworld) verglichen, um zu einer Bewertung der Aussagefähigkeit der verschiedenen beschleunigten Verfahren zu gelangen. Diese grundlegenden Fragen sind in ihrer Konsequenz von großer wirtschaftlicher Bedeutung. Ihre positive Beantwortung würde sowohl bei der Auswahl von Materialien, wie auch der Überwachung des Produktionsprozesses (Laminierung) und der Vorhersage zur Langzeitbeständigkeit der PV-Module außerordentlich hilfreich sein. Als Teilprojekt eines Gesamtvorhabens werden hier wesentliche und qualitativ neue Aussagen zu Güte und Verhalten der Polymere gewonnen. Im Kontext mit den in den anderen Teilvorhaben gewonnenen Informationen zu Güte und Beständigkeit der PV-Module kann so ein Gesamtbild zum Zusammenspiel der einzelnen Faktoren bzgl. einer Gesamtbewertung der Module erstellt werden. Insbesondere ist zu erwarten, dass Aussagen zur Korrelation von Polymergüte, -beständigkeit und Lebensdauer der Module getroffen werden können.
Das Projekt "Strukturelle und optoelektronische Analyse von Cu2Zn(Ge,Si)Se4 als neue Materialien für photovoltaische Anwendungen und Wasserstoffentwicklung aus Wasser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin, Institut für Geographische Wissenschaften durchgeführt. Dünnschichtsolarzellen zählen zu den umweltfreundlichen Energiequellen. Die Einbindung neuer Materialien ist eine Grundvoraussetzung zur nachhaltigen und stetigen Verbesserung dieser Technologie. Projektziel ist die Untersuchung eines photovoltaischen Materials, das einerseits als Absorber in Dünnschichtsolarzellen und andererseits als Photoelektrode für die Wasserstoffentwicklung aus Wasser einsetzbar ist. Die quaternären Halbleiter Cu2ZnGeSe4, Cu2ZnSiSe4 und deren Mischkristalle besitzen auf Grund ihrer physikalischen Eigenschaften ein großes Potential für beide Anwendungen. Cu2Zn(Ge,Si)Se4 Kristalle werden mittels verschiedener Techniken synthetisiert. Die Proben werden durch eine Reihe analytischer Methoden, z. B. Röntgen und Neutronenbeugung, Photolumineszenz, spektroskopische Ellipsometrie sowie (photo)elektrochemischer Messungen bzgl. ihrer strukturellen, optoelektronischen und photochemischen Eigenschaften charakterisiert. Ein Schwerpunkt ist die Bestimmung des komplexen Brechungsindex des Materials. Die gewonnenen Erkenntnisse sind grundlegend für das Verständnis von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen dieser Materialien und Basis für anwendungsbezogene Entwicklungen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Process Intelligence - Methoden der Verlust-, Prozess- und Sensitivitätsanalyse für PERC-Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Das Gesamtziel der Vorhaben CUT-A (FKZ 0325823) und CUT-B ist die Entwicklung, Erprobung und Bereitstellung von modernster Charakterisierung und Technologie, die die kosteneffiziente Herstellung von PERC Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von über 20% und geringerer Schwankungs-breite ermöglichen. Während im Projekt CUT-A die erforderlichen Technologien entwickelt werden, werden im Projekt CUT-B innovative Konzepte der Inline-Prozesskontrolle und der simulationsgestützten Sensitivitätsanalyse des Gesamtprozesses hinsichtlich Prozessschwankungen entwickelt. Ausgewählte Charakterisierungsverfahren werden dabei entscheidend verbessert, sodass mittels der Inline-Prozesskontrolle und der begleitend durchgeführten, simulationsgestützten Sensitivitätsanalyse des Prozesses der Einfluss von Prozessschwankungen auf den Solarzellenwirkungsgrad verstanden und theoretisch wie experimentell quantifiziert werden kann. Diese Konzepte sollen im Projekt CUT-A für eine systematische Qualifizierung und Optimierung des Fertigungsprozesses angewandt werden, sodass die Prozessentwicklung für PERC-Solarzellen deutlich effizienter gestaltet werden kann. Die wesentlichen inhaltlichen Arbeitspakete des Projektes sind: (1) Entwicklung von Process Intelligence Methoden (Verlustanalyse, Sensitivitätsanalyse, automatische Datenanalyse) (2) Weiterentwicklung PL-Systems (Photolumineszenz) und PL-Methoden an teilprozessierten Wafern (3) Weiterentwickung MDP-System / MDP-Monitoring (mikrowellendetektierte Photoleitfähigkeitsmessung) (4) Weiterentwicklung optische Messsysteme (Mikrorisskontrolle, Texturanalyse, Schichtanalyse).
Das Projekt "Forschungsprämie: FuE-Vorhaben - Untersuchung der Photolumineszenz von kristallinem Silizum zur quantitativen sowie qualitativen Bestimmung der Minoritätsladungsträgerlebensdauer bei unterschiedlichen Produktionsschritten von Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Physikalische Elektronik durchgeführt. FuE-Vorhaben zur Erweiterung des Wissens und der Schließung von strategischen Lücken für Kooperationsaktivitäten: Es wird die Photolumineszens von kristallinem Silizium untersucht. Ziel ist eine quantitative und qualitative Aussage über die Minoritätsladungsträgerlebensdauer des kristallinen Materials über den ganzen Produktionsablauf einer Solarzelle.
Das Projekt "Teilprojekt 5: Evaluation von multikristallinem Silicium für Hocheffizienzsolarzellen mittels fortschrittlicher Charakterisierung, Simulation und Solarzellenprozessierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Solarenergieforschung GmbH durchgeführt. Ziel des Teilprojektes ist es, das Potenzial von blockgegossenem Silicium für hocheffiziente Solarzellen mittels Materialcharakterisierung, Bauelementsimulation sowie der Präparation und Analysen von Solarzellen zu evaluieren. Kamerabasierte Photo- und Elektrolumineszenzmessungen sollen zur Material- und Zellanalyse eingesetzt werden. Diese Messungen sollen Aufschlüsse über die mit dem Blockgussverfahren ultimativ erreichbare Materialqualität geben. Aus ausgewählten Gebieten des im Projekt hergestellten hochreinen multikristallinen Siliciums werden hocheffiziente Laborzellen hergestellt. Dies ermöglicht eine umfassende Bewertung des Wirkungsgradpotentials von multikristallinem Silicium.
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