Photovoltaik: Fraunhofer IPA entwickelt neue Verfahren für Selen- und Indiumschichten von CIS-Solarzellen

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Die Schichttechnikspezialisten des Fraunhofer IPA haben sich zum Ziel gesetzt, die CIS-Solartechnik zu revolutionieren, indem sie den Absorber einer CIS-Solarzelle nasschemisch herstellen, berichtet das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (Stuttgart) in einer Pressemitteilung. Die Solarzelle aus Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) ist heute eine bekannte und häufig eingesetzte Entwicklung, um Sonnenlicht in Energie umzuwandeln. “Unser Forschungsziel ist es, den Absorber einer CIS-Solarzelle nasschemisch herzustellen”, so Dr. Martin Metzner, Leiter der Abteilung Schichttechnik am Frauhofer IPA. Damit werde es möglich, auf teuere und energieintensive Verfahren zu verzichten (Hochtemperatur- und Vakuumprozesse). Durch nasschemische Prozesse könne eine effizientere und kostengünstigere Herstellungsroute realisiert werden.
Somit würde eine Fertigung ermöglicht werden, in der die CIS-Solarzelle als ein Massenprodukt hergestellt werden kann, woraus sich die Möglichkeit ergebe, dieses Produkt großflächig einzusetzen, um Energie zu gewinnen.

Metallisches Selen durch einen nasschemischen Prozess hergestellt
Aktuell wird die Kupferschicht des Absorbers durch einen galvanischen Prozess erzeugt. Die beiden anderen Schichten entstehen durch Verdampfungsprozesse im Vakuum. Für Indium gibt es heute schon Möglichkeiten der nasschemischen Abscheidung. Allerdings bestehen laut IPA noch eindeutige Haftungsprobleme auf dem Kupfer. Die galvanische Abscheidung des metallischen Selens sei bis jetzt noch nicht erfolgreich durchgeführt worden. “Es ist uns gelungen, einen Prozess zu entwickeln, bei dem metallisches Selen durch einen nasschemischen Prozess hergestellt werden kann. Außerdem konnten wir das Problem mit der Haftfestigkeit von Indium auf Kupfer lösen und somit auch diese Schicht elektrochemisch abscheiden”, berichtet Dr. Metzner und fasst zusammen: “Dadurch sind wir in der Lage, einen CIS-Absorber vollständig nasschemisch herzustellen.”

Schichtdickenpräzisierung für das “Rolle-zu-Rolle”-Verfahren
Die Aufnahmen mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) bestätigen, dass die Abscheidung eines CIS-Absorbers aus wässrigen Lösungen gelungen ist. Dafür wurde die Schicht in flüssigem Stickstoff gebrochen und unter dem REM untersucht. Um die Verfahren produktionsnah weiterentwickeln zu können, wurde eine Höchstpräzisionsbandanlage projektiert und realisiert. Damit ist es möglich, dass auch die Schichtdickenpräzisierung an das so genannte Rolle-zu-Rolle-Verfahren angepasst wird. “Zum jetzigen Zeitpunkt haben wir die Möglichkeit, jeweils eine Schicht im Bandanlagenmaßstab nasschemisch herzustellen”, erklärt die Wissenschaftlerin Julia Eckert. In der nächsten Zeit soll die Anlage jedoch um die fehlenden Module erweitert werden.

Forschung zur galvanischen Abscheidung von Molybdän-Rückkontakten
Zudem beschäftigt sich die Abteilung Schichttechnik auch mit der Entwicklung einer galvanischen Abscheidung für Molybdän. Molybdän wird in der CIS-Solarzelle als Rückkontakt benötigt und kann bisher nur in Vakuumverfahren erzeugt werden. “Auch bei diesem Thema konnten wir schon große Fortschritte erzielen. So kann man sagen, dass es möglich sein wird, auch diese Schicht effizienter und kostengünstiger herzustellen”, verrät Julia Eckert und sieht in der gesamten Verfahrenskette auch die Basis für die Entwicklung von beispielsweise CIGSAbsorbern (Kupfer, Indium, Gallium, Selen).

06.07.2009 | Quelle: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH

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