Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich haben einen ersten Meilenstein auf dem Weg zu einer kompletten Prozesstechnologie für Solarmodule auf der Basis von Silizium-Dünnschichtsolarzellen erreicht.   Am 17. September 2002 nahmen sie im Institut für Photovoltaik (IPV) eine Anlagenserie in Betrieb, mit der sie industrienah großflächige Solarmodule (30 x 30 cm) entwickeln – angefangen bei der „nackten“ Glasscheibe bis zum fertigen Modul.

Die Jülicher Forscher konzentrieren sich auf Silizium-Dünnschichtsolarzellen, da diese vergleichsweise geringere Kosten versprechen als herkömmliche Solarzellen. Den Wirkungsgrad einer ein Quadratzentimeter großen Zelle haben sie bereits auf 11,2 Prozent hochgeschraubt. Nun gelte es, dieses Ergebnis auf Solarmodule bestehend aus vielen Einzelzellen zu übertragen und so die industrielle Umsetzbarkeit zu demonstrieren. Zu diesem Zweck hat das IPV eine komplette Prozesstechnologie für großflächige Solarmodule aufgebaut – im Rahmen eines Projektes des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) mit dem Titel „Technologie für eine neue Generation von Silizium-Dünnschichtsolarmodulen auf Glas“.

Silizium-Dünnschichtsolarzellen bestehen aus mehreren Schichten: Durch eine erste Schicht aus transparentem und leitfähigem Metalloxid (TCO = transparent conductive oxide) fällt das Sonnenlicht auf die Silizium-Schicht. Hier wird es „geschluckt“, und die dabei erzeugten Ladungsträger werden nach außen abtransportiert – fertig ist der Solarstrom. Bewährt haben sich Stapelzellen mit mehreren übereinander liegenden Silizium-Schichten. Zudem steigt der Wirkungsgrad, wenn eine Schicht aus dem für Dünnschichtsolarzellen üblichen amorphen Silizium besteht und eine zweite aus einer weiteren Variante, dem mikrokristallinen Silizium – bei Solarmodulen ein Neuling. Auch bei der TCO-Entwicklung beschreiten die Jülicher Forscher neue Wege: Sie verwenden Zinkoxid, einen billigen und hoch transparenten Werkstoff: Aufgeraut mit Salzsäure ist Zinkoxid zudem ein exzellenter Lichtfänger.

Die einzelnen Schichten werden mit verschiedenen Verfahren im Vakuum auf einen Glasträger (Substrat) abgeschieden. Nach jedem Schritt wird die jeweilige Schicht mit einem Laser in Streifen geschnitten: Im fertigen Solarmodul entstehen so viele in Serie geschaltete Solarzellen. Bisher konnten die Wissenschaftler nur einzelne, kleinflächige Solarzellen herstellen, ab jetzt können sie 30 mal 30 Zentimeter große Solarmodule fertigen. Die Anlage zur Silizium-Beschichtung ist im Betrieb, die neuen Anlagen zur Metalloxid-Beschichtung durch „Sputtern“ und zum Schneiden der einzelnen Schichten mittels Laserstrahl haben sich im Testbetrieb bewährt. Sie komplettieren nun die Prozesstechnologie – zusammen mit einem nasschemischen Labor zum Aufrauen (Ätzen) der TCO-Schicht. „In Jülich integrieren wir neue Materialien in die üblichen Dünnschichtsolarzellen aus amorphem Silizium und entwickeln parallel dazu industrienahe Herstellungsverfahren“, erklärt Dr. Bernd Rech, für die Solarmodultechnologie verantwortlicher Wissenschaftler. „Diese Kombination ist weltweit einzigartig.“

24.09.2002   Quelle: Forschungszentrum Jülich