DLR: Wie sich halbfertige Dünnschicht-Solarmodule in farbige BIPV-Solarmodule verwandeln lassen

Eine Gruppe von Wissenschaftlern des DLR-Instituts für Vernetzte Energiesysteme hat einen neuen Weg gefunden, herkömmliche Dünnschichtmodule zu gebäudeintegrierten Photovoltaik (BIPV)-Produkten zu veredeln. Sie behaupten, dass ihr Ansatz die Produktionskosten senken und gleichzeitig die Flexibilität der Lieferkette gewährleisten kann. „Dieser Ansatz kann nicht nur die Kosten senken, sondern eröffnet auch die Möglichkeit, den Produktionsprozess in die Herstellung von halbfertigen Photovoltaik-Produkten und deren Veredelung zu farbigen BIPV-Modulen zu unterteilen“, so die Forscher. „Die halbfertigen Solarmodule könnten zum Beispiel in Asien hergestellt werden und die Veredelung könnte vor Ort in Europa erfolgen.“

Die vorgeschlagene Technik besteht darin, diese vorproduzierten Fabrikate in die gewünschten Formen zu schneiden und dann eine leitfähige Oxid-Metalloxid-Elektrode (OMO) mit der gewünschten Farbe aufzubringen. Die Elemente werden dann über den Rückseiten-Verbindungsprozess zu Modulen strukturiert.

„Alle Materialien und Methoden, einschließlich des gesputterten Aluminiumoxids und der Silberschichten, sind in der Industrie weit verbreitet und Teil anderer Produkte, die in Massenproduktion hergestellt werden, wie beispielsweise Klimaglas für Fenster“, so der Forscher Nils Neugebohrn auf Anfrage von pv magazine.

Die Gruppe hat einen Prototyp entwickelt, mit dem sich halbfertige Dünnschicht-Photovoltaik-Produkte in kundenspezifische Formen und Größen schneiden oder trennen lassen. Sie verwendeten OMO-Elektroden mit einer Größe von 30 mal 30 Zentimetern, die auf aluminiumdotiertem Zinkoxid (AZO) basieren, und brachten sie auf halbfertige 30 mal 30 Zentimeter große Kupfer-Indium-Gallium-Selenid-Schaltkreise (CIGS) auf. Die vorlaminierten Module haben einen Wirkungsgrad von bis zu 19 Prozent.

„Die Module wurden mit P1- und P2-Linien strukturiert und hatten eine reduzierte AZO-Frontkontaktdicke von nur 200 Nanometer“, erklärte die DLR-Forschergruppe. „Der Frontkontakt wurde nicht vollständig entfernt, um die optimierten und stabilen Absorber-Puffer-Frontkontakt-Grenzflächen beizubehalten und um eine Degradation der Proben während des Transports zu vermeiden.“

Der vorgeschlagene Herstellungsprozess erfordert nach der Abscheidung der OMO-Elektrode auch die P3-Strukturierung, die Kantenentfernung und eine vom deutschen CIGS-Spezialisten Avancis entwickelte Laminierungstechnik. Für den Rückseiten-Verschaltungsprozess verwendeten die Wissenschaftler amorphe Silizium-Dünnschichtsolarzellen und mit transparentem leitfähigem Oxid (TCO) beschichtetes Glas, das vom japanischen Hersteller Asahi Glass geliefert wurde.

„Ein amorpher p-i-n-Silizium-Schichtstapel (a-Si:H) mit einer Gesamtdicke von etwa 300 Nanometern wurde mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) auf dem TCO für den Frontkontakt abgeschieden“, so die Gruppe. Die Forscher erklärten, dass sie in der Lage waren, farbige Module in Rot, Grün und Blau mit einem absolut um 1 Prozent geringeren Wirkungsgrad als ein Referenzmodul herzustellen.

„Eine weitere Optimierung dieser Prozesse zur Steigerung der Effizienz der hergestellten Module könnte für eine kommerzielle Anpassung erforderlich sein, aber die technische Machbarkeit wurde nachgewiesen“, so die Forscher. „Der größte Verlust ist bei der Leerlaufspannung zu verzeichnen. Hier zeigen die Zellstreifen im Durchschnitt einen Verlust von 21 mV im Vergleich zu den Referenzzellen. Der Ursprung dieses Verlustes ist noch nicht klar.“

Sie erläuterten ihr Projekt in „Flexible design of building integrated thin-film photovoltaics„, das kürzlich im Fachmagazin „Progress in Photovoltaics“ veröffentlicht wurde.