PVcomB
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PVcomB @ EUPVSEC 2017
Die weltgrößte wissenschaftliche Konferenz für Photovoltaik findet dieses Jahr vom 25.9. bis 29.9. in Amsterdam statt. Wie seit vielen Jahren, präsentieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des PVcomB die neuesten Ergebnissse ihrer Arbeiten und diskutieren mit Vertretern aus Forschung und Industrie die jüngsten Entwicklungen und technologischen Herausforderungen.
Wer sich mit Vertretern des PVcomB vor Ort treffen möchte, kann uns gerne unter info@pvcomb.de kontaktieren.
Silizium-Heterojunction Baseline mit 22.5 % zertifiziertem Zellwirkungsgrad
Silizium Heterojunction Solarzelle vom PVcomB Baselineprozess mit 22,5 % Wirkungsgrad, zertifiziert vom ISE CalTeC.
Mit über 22% Zellwirkungsgrad ist der Baseline-Prozess für industrielle Silizium-Heterojunction (SHJ) Solarzellen am PVcomB nun auf state-of-the-art Niveau. In weniger als zwei Jahren wurde ein neuer Meilenstein erreicht. Das akkreditierte Labor ISFH-CalTeC hat nun eine 4 cm² Zelle aus der PVcomB-Baseline mit 22,54% Wirkungsgrad zertifiziert. Vollflächige Zellen (156 x 156 cm²) werden zurzeit optimiert und erreichen bereits Wirkungsgrade deutlich über 20%.
Silizium-Heterojunction (SHJ) Solarzellen werden aus kristallinen Silizium-Wafern mit passivierten Kontakten für beide Polaritäten auf Basis von i/n- und i/p Schichtstapeln aus dünnen Siliziumschichten hergestellt. Diese bestehen aus amorphem Silizium (a-Si:H), nanokristallinem Silizium (nc-Si:H) oder Siliziumoxid (nc-SiOx:H). Aufgrund der hohen Qualität des Silizium Wafers (Cz-Si) und vor allem der hervorragenden Oberflächenpassivierung erreichen SHJ Solarzellen sehr hohe Wirkungsgrade bei höchsten Leerlaufspannungen (>740 mV) und sehr niedrigem Temperaturkoeffizienten (<0,3%/K). Für die kommerzielle Produktion ermöglicht dabei eine sehr kurze Prozessabfolge, bestehend aus nur vier Haupt-Prozessschritten, alle unterhalb einer Prozesstemperatur von 200 °C, eine kostengünstige Zellproduktion. Das besondere Potenzial dieser Technologie hat kürzlich Kaneka Corp. (Japan) mit einer 26,6% (Weltrekord für Si-basierte Solarzellen), rein rückseitig kontaktierten („IBC“) SHJ Zelle gezeigt [1].
Die Silizium PV Gruppe am PVcomB entwickelt SHJ Zellen mit dem Ziel der Verbesserung von industriell relevanten Materialien und Prozessen. Basierend auf dem vorhandenen Wissen und den technologischen Möglichkeiten der Silizium Dünnschichttechnologie am PVcomB einerseits und dem existierenden SHJ Know-how am Institut für Silizum-Photovoltaik (EE-IS) andererseits, ist es in sehr kurzer Zeit gelungen, einen industriellen Baseline-Prozess am PVcomB aufzubauen und die Zelleffizienz weiter zu verbessern. Dazu wurde das industriell etablierte Siebdruckverfahren für Metallkontaktgitter am PVcomB als neues Verfahren eingeführt.
Die SHJ Technologie ist auf Grund einer Reihe von Vorteilen sehr attraktiv, und wird daher am HZB, teilweise in Zusammenarbeit mit Industriepartnern (PVcomB), für folgende Anwendungen entwickelt:
- Neue Prozesse für hocheffiziente SHJ Solarzellen in Kooperation mit der PV-Industrie
- SHJ als Bottom-Zelle in neuartigen, hocheffizienten Multi-Junction Solarzellen ("Tandems"), z.B. mit Perowskit als Topzellen.
- Solarzellen und Module für die Wasserstofferzeugung ("Solar Fuels").
- Silizium-basierte, passivierente Kontaktschichten für neuartige Solarzellen auf Siliziumbasis, wie z. B. Flüssigphasen-kristallisiertes Silizium (LPC-Si) auf Glas.
Referenzen
[1] “Silicon heterojunction solar cell with interdigitated back contacts for a photoconversion efficiency over 26%”, Kunta Yoshikawa, Hayato Kawasaki, Wataru Yoshida, Toru Irie, Katsunori Konishi, Kunihiro Nakano, Toshihiko Uto, Daisuke Adachi, Masanori Kanematsu, Hisashi Uzu and Kenji Yamamoto,
NATURE ENERGY 2, 17032 (2017) DOI: 10.1038/nenergy.2017.32.
Abb.: Silizium Heterojunction Solarzellen mit gedruckten Silberkontakten aus dem PVcomB Baselineprozess.
Links: 4 cm² Zellen auf 5" Cz-Si Wafer. Rechts: Ganzflächige 6" (156 x 156 cm²) Zelle auf Cz-Si Wafer. (Fotos: HZB)
Transparente Photovoltaik-Schichten liefern Strom für Displays (Januar 2017)
Sunpartner Technologies und Helmholtz-Zentrum Berlin unterzeichnen Lizenzvereinbarung
Das französische Unternehmen Sunpartner Technologies hat eine Lizenzvereinbarung mit dem HZB unterzeichnet, um die Expertise des HZB-Instituts PVcomB (Kompetenzzentrum Photovoltaik Berlin) für die Produktion von speziellen Wysips®-Beschichtungen zu nutzen. Wysips® steht für „What you see is photovoltaic surface“. Im Prinzip handelt es sich um transparente ultradünne Solarzellschichten, die auf Displays von Smartphones, Uhren oder auch auf Fenstern aufgetragen werden und zur Stromversorgung der Geräte beitragen. Sunpartner Technologies hat diese spezielle Beschichtungstechnologie entwickelt.
Das HZB-Institut PVcomB ist daran beteiligt, ein spezielles, photovoltaisches Material zu entwickeln, das mit anderen Komponenten der Wysips®-Technologie kompatibel ist. Sunpartner Technologies plant nun die Massenproduktion der Display-Beschichtungen.
“Unsere Partner am HZB haben unser Anliegen verstanden und uns bereits in den letzten Jahren mit ihrer Expertise und ihren technischen Möglichkeiten im Bereich der Dünnschichtphotovoltaik unterstützt. Diese Vereinbarung ist ein neuer Schritt, den wir gemeinsam gehen, um die Wysips® Lösungen auf den Markt zu bringen”, sagt Franck Aveline, Vizepräsident Consumer Product Line bei Sunpartner Technologies.
Bernd Stannowski, Projektleiter am PVcomB, fügt an: „In den letzten fünf Jahren haben wir hocheffiziente Dünnschicht-Silizium-Solarzell-Technologien entwickelt. Mit Sunpartner haben wir nun einen idealen Partner in der Industrie gefunden, der unsere Erkenntnisse aus der Forschung zur weiteren Produktentwicklung nutzt”
Über Sunpartner Technologies
Sunpartner Technologies entwickelt und implementiert transparente photovoltaische Beschichtungen für Unterhaltungselektronik, Kommunikationstechnik und vernetzte Geräte. Die von Sunpartner entwickelte Wysips® Technologie wandelt Sonnenlicht in elektrische Energie um, so dass weniger bis gar keine anderen Energiequellen benötigt werden, um die Geräte zu versorgen. Sunpartner Technologies wurde 2008 in Rousset, Frankreich, gegründet und hat inzwischen 65 Mitarbeiter.
Mehr zu diesen transparenten Solarmodulen im Highlightbericht 2015 des HZB, Seite 25.
Die Herstellung von CIGS-Solarzellen beschleunigen
Am Kompetenz-Zentrum Photovoltaik soll mit den Fördergeldern ein Verdampfungsprozess optimiert werden, damit sich CIGS-Module schneller industriell fertigen lassen. Foto: HZB
Die CIGS-Dünnschichtphotovoltaik lässt sich gut in Gebäudefassaden integrieren. Foto: Manz AG
Bundeswirtschaftsministerium fördert Projekt "speedCIGS" mit 4,7 Millionen Euro
Ein Projektkonsortium aus Forschung und Industrie hat unter Beteiligung des Photovoltaik-Kompetenzzentrums (PVcomB) des Helmholtz-Zentrums Berlin ein großes Drittmittelprojekt eingeworben. Das Projekt „speedCIGS“ wird vom Bundeswirtschaftsministerium mit 4,7 Millionen Euro über vier Jahre gefördert, davon gehen 1,7 Millionen Euro an das HZB. Mit dem Geld wollen die Projektpartner den Herstellungsprozess für CIGS-Dünnschichtsolarzellen beschleunigen und die Technologie attraktiver für die Industrie machen.
Das Projekt speedCIGS wird in Zusammenarbeit mit dem Anlagenbauer Manz AG, dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden Württemberg ZSW, den Universitäten Jena und Paderborn, dem Max Planck Institut Dresden und der Wilhelm Büchner Hochschule (Projektkoordinator) realisiert.
CIGS-Solarzellen bestehen aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen. Mit der Förderung soll am PVcomB ein Koverdampfungsprozess optimiert werden, um CIGS-Schichten für Dünnschichtsolarzellen herzustellen. Die Elemente werden bei diesem Prozess gemeinsam im Vakuum auf ein geheiztes Substrat abgeschieden und bilden dort eine dünne Schicht der gewünschten Verbindung. Der am PVcomB verwendete Herstellungsprozess wird bereits in der Industrie eingesetzt, aber er läuft derzeit noch relativ langsam ab. Im speedCIGS-Projekt soll dieser Prozess beschleunigt werden, damit bei gleichen Investitionskosten mehr Module pro Zeiteinheit produziert werden können. Dadurch könnte die Herstellung von CIGS-Solarmodulen deutlich günstiger werden, was der Technologie in der angespannten Marktlage einen Wettbewerbsvorteil verschaffen würde.
Am PVcomB soll zudem ein transparentes p-leitendes Material entwickelt werden, das einen entscheidenden Beitrag zur Entwicklung von hocheffizienten, auf CIGS-basierenden Tandemsolarzellen leisten soll.
Bereits heute zeichnen sich polykristalline CIGS-Solarzellen insbesondere durch einen hohen Wirkungsgrad und hohe Energieerträge aus. Ein weiterer Vorteil ist das ästhetisch ansprechende Erscheinungsbild der Module, die sich gut in die Gebäudearchitektur integrieren lassen.
IW-CIGSTech7 - HZB und ZSW organisieren CIGS Workshop in München (Juni 2016)
Der "7. International Workshop on CIGS solar cell technology (IW-CIGSTech7)" findet dieses Mal als ein Parallelevent der EUPVSEC 2016 in München statt. Zusammen mit dem ZSW organisiert das HZB den diesjährigen Workshop am 23.6.2016. Der Workshop fokussiert sich auf CIGS Solarzellentechnologien und verbindet Wissenschaft und technologische Aspekte mit der industriellen Fertigung. Der Workshop besteht aus eingeladenen Vorträgen, Diskussionen und Posterpräsentationen. Als offizielle Parallelveranstaltung zur EUPVSEC in München und gleichzeitig mit der Intersolar Europe können alle Teilnehmer der EUPVSEC kostenlos teilnehmen.
ACCESS-CIGS - Fördermittel zur Optimierung der CIGS Herstellungsprozesse (Mai 2016)
Dr. Sebastian Schmidt, Projektleiter ACCESS-CIGS.
Das PVcomB hat ein großes Projekt eingeworben, um mit Partnern aus Deutschland und den Niederlanden den Herstellungsprozess für CIGS-Dünnschichtsolarzellen weiter zu optimieren. Der vakuumfreie Prozess kommt ohne giftige Gase aus und wird günstiger. Das Projekt läuft unter dem Akronym ACCESS-CIGS, das für „Atmospheric Cost Competitive Elemental Sulpho-Selenisation for CIGS” steht.
Am Photovoltaik-Kompetenzzentrum (PVcomB) des HZB, in Adlershof entwickeln Expertinnen und Experten einen innovativen Prozess, um CIGS-Schichten für die Anwendung in Dünnschicht-Solarzellen herzustellen. CIGS steht dabei für die Verbindung Cu(In,Ga)(Se,S)2 aus Kupfer, Indium, Gallium, Selen und Schwefel. Die polykristalline CIGS Solarzellentechnologie zeichnet sich insbesondere durch hohe Effizienzen auf Zellniveau und hohe Energieerträge für Solarmodule aus.
Der am PVcomB verfolgte Prozess benötigt kein Vakuum und verwendet elementares Selen und Schwefel, um die metallische Vorläuferschicht aus Kupfer-Indium-Gallium in eine polykristalline CIGS-Halbleiterschicht umzuwandeln. Dies hat den Vorteil, dass der Prozess ohne den Einsatz von giftigen Gasen wie Selenwasserstoff (H2Se) auskommt und somit Produktionskosten spart. Dadurch könnte die Herstellung von CIGS-Solarmodulen deutlich günstiger werden und so die Technologie in der derzeit angespannten Marktlage unterstützen.
Dem PVcomB ist es gelungen, innerhalb der SOLAR-ERA.NET Initiative Fördermittel in Höhe von 800.000 € einzuwerben. Im Rahmen eines binationalen europäischen Konsortiums werden sie damit in den nächsten zwei Jahren technologieorientiert daran arbeiten, die Selenversorgung zu optimieren und ihren Einfluss auf den Kristallisationsprozess zu verbessern.
Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit den Firmen TNO/Solliance und Smit Thermal Solutions, beide ansässig in Eindhoven in den Niederlanden, und mit der Firma Dr. Eberl MBE Komponenten aus Weil der Stadt auf deutscher Seite, durchgeführt.