Effizientere Dünnfilm-Solarzellen durch fortschrittliche Sputterverfahren, optimierte Laserprozesse und verbesserte Rückkontakte (MNT-METASOLAR)

Problemstellung
Mit Dünnschicht bzw. Dünnfilm-Solarzellen lässt sich die Gewinnung von elektrischer Energie aus Sonnenlicht nahtlos in Gebäudeteile, Geräte oder Fahrzeuge integrieren. Damit dies wirtschaftlich und technisch sinnvoll ist, müssen die Dünnschicht Photozellen einen Wir-kungsgrad von größer 10 v.H. aufweisen, flexibel und von der Modulgröße konfigurierbar sein, da der für die Zellen verfügbare Platz erheblich schwanken kann. Hierzu wurden neuartige, variable und industrielle Produktionsverfahren entwickelt, die die Herstellung von an-wendungsspezifisch optimierten Zellen ermöglichen.

Zielsetzung
Ziel des Projekts METASOLAR war es, Strukturierungsverfahren mittels Ultrakurzpuls-Laser-Abtrags für die integrierte monolithische Verschaltung von Dünnschichtsolarzellen auf elasti-schen und undurchsichtigen Substraten zu entwickeln.

Vorgehensweise
Die Verwendung von Ultrakurzpuls-Lasern ermöglicht erstmalig, das gesamte Schichtpaket der Solarzelle ohne Unterbrechung zu erstellen. Dazu wurde eine Prozessmaschine zum kombinierten Laserstrukturieren und präzisen Siebdrucken der Kontaktleitungen entwickelt, welche die maßgeschneiderte Herstellung solcher Zellen ermöglicht und prototypisch in einer Demonstrationsanlage umgesetzt. Die Arbeiten wurden im Verbund von fünf Partnern aus drei Ländern mit komplementären Kompetenzen durchgeführt. Die komplette Prozesskette vom Schichtdesign, Abscheidung (Österreich), Prozessierung (Österreich, Deutschland), Charakterisierung (Österreich) und Anlagenbau (Spanien, Deutschland) wurde dabei be-rücksichtigt.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die erarbeiteten Maschinenkonzepte erlauben zukünftig eine wirtschaftliche Produktion maßgeschneiderter und flexibler Dünnschichtmodule. Diese flexiblen Dünnschichtsolarzellen ermöglichen die Herstellung von neuartigen und industriell herstellbaren Solarkomponenten. Zahlreiche Studien und Marktanalysen gehen davon aus, dass die gebäudeintegrierten Photovoltaik (PV) das am schnellsten wachsende Marktsegment des gesamten PV-Markts wird. Dadurch wird auch die Nachfrage nach Maschinen steigen, um eine wirtschaftliche Produkti-on maßgeschneiderter und flexibler Dünnschichtmodule mit ausreichend gutem Wirkungs-grad und akzeptablen Preisen gewährleisten zu können.

• Hochschule für angewandte Wissenschaften München
• LS Laser Systems Gesellschaft mbH