Im Forschungsverbund TCO4CIGS geht es zu wie auf einer Rennstrecke, denn mehrere Solarzellen-Technologien treten im Wettbewerb gegeneinander an. Die Forscher arbeiten dabei an der sogenannten TCO-Schicht, einer transparenten und zugleich leitf\u00e4higen Metalloxidschicht. Die TCO-Schicht ist als Frontkontakt ein wesentlicher Baustein von D\u00fcnnschichtsolarzellen auf Basis von Kupfer, Indium, Gallium, Schwefel und Selen (CIGS). Die TCO-Schicht transportiert mit hoher Leitf\u00e4higkeit die gesammelten Ladungstr\u00e4ger ab, so dass Strom flie\u00dfen kann \u2013 birgt aber als wesentliche Stromverlustquelle in CIGS-Modulen ein gro\u00dfes Verbesserungspotenzial. Das Projekt verfolgt drei unterschiedliche Wege, um die D\u00fcnnschicht-Photovoltaik weiter zu verbessern und die Kosten zu senken: Die Forscher arbeiten an der Optimierung des industriellen Herstellungsprozesses der TCO-Schicht, an einer kosteng\u00fcnstigen Alternative zu dem aktuellen industriellen Herstellungsprozess sowie auch an neuen Materialien. Die Verfahren, die sich in dem Wettbewerb der Technologien durchsetzen, werden in der Forschungspilotlinie im Produktionsma\u00dfstab weiter getestet.<\/p>\n
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Bei der Weiterentwicklung des als weitgehend ausgereift geltenden Standardherstellungsverfahrens mit Aluminium-dotiertem Zinkoxid (AZO) hat das Teilprojekt um den Industriepartner AVANCIS bereits erstaunliche Erfolge erzielt. Die Herausforderung war, eine verbesserte Kombination zu finden zwischen m\u00f6glichst geringem Kontaktwiderstand \u2013 was mit hoher Ladungstr\u00e4gerbeweglichkeit und hoher Dotierung der TCO-Schichten m\u00f6glich ist \u2013 und einer hohen Lichtdurchl\u00e4ssigkeit f\u00fcr eine hohe Stromausbeute \u2013 erreichbar durch niedrige Dotierung. \u201eWir haben durch ein Absenken der Aluminiumdotierung das Verh\u00e4ltnis zwischen Widerstand und Transparenz in der TCO-Schicht verbessert. So konnten wir den Wirkungsgrad auf Kleinformatmodulen gegen\u00fcber dem heutigen Standard um zwei Prozent steigern\u201c, erkl\u00e4rt J\u00f6rg Palm, CTO des D\u00fcnnschichtmodulherstellers AVANCIS GmbH. Geforscht wird in der Gruppe au\u00dferdem daran, durch den Einsatz von gesputtertem Zinkoxidsulfid den Herstellungsprozess um einen Schritt zu reduzieren und so die Produktionskosten ohne Abstriche in der Leistungsf\u00e4higkeit der Solarmodule deutlich zu senken. \u201eDas Verfahren ist ein gelungenes Beispiel f\u00fcr den Technologietransfer aus der Forschung in die Industrie\u201c, erl\u00e4utert Dr. Marc Heinemann vom Kompetenzzentrum D\u00fcnnschicht- und Nanotechnologie f\u00fcr Photovoltaik (PVcomB) des Helmholtz-Zentrums Berlin, wo die Idee entwickelt wurde.<\/p>\n
Gegenstand der Forschung sind zudem kosteng\u00fcnstige Abscheideprozesse f\u00fcr die heutzutage \u00fcblichen TCO-Fensterschichten auf Basis von Aluminium-dotiertem Zinkoxid (ZnO:Al oder AZO). Die Forscher der Firma Solayer GmbH setzen hier auf metallische Targets, die mindestens 20 Prozent Kostensenkung gegen\u00fcber keramischen Targets versprechen. Im Weiteren wird das Hochleistungs-Magnetronsputtern, das sogenannte HIPIMS entwickelt. Die HIPIMS-Technologie hat das Potenzial, bei einem kosteng\u00fcnstigeren Prozess verbesserte Schichteigenschaften zu erzielen. Bei den alternativen Abscheideprozessen konnten bereits erste Erfolge erzielt werden. Beispielsweise durch das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Schicht- und Oberfl\u00e4chentechnik IST und die Firmen Sentech Instruments GmbH und Magpuls GmbH, die gemeinsam einen HIPIMS Prozess mit Doppelrohrmagnetron und optischer Prozesskontrolle entwickelt haben. Damit konnten bei Tests mit kosteng\u00fcnstigen Zn:Al-Targets gute Eigenschaften bez\u00fcglich der Leitf\u00e4higkeit auf Borofloatglas erzielt werden. Zudem wurde eine Anlage f\u00fcr serielles Co-Sputtern entwickelt. Mit dieser Methode wurde erstmals die Al-Dotierung als ein Prozessparameter dickenabh\u00e4ngig vorgegeben. Dies erm\u00f6glicht eine gezielte Optimierung der TCO-Eigenschaften, wie an der TU Berlin gezeigt wurde.<\/p>\n
Dritter Forschungsansatz ist die Verwendung von neuen Materialien f\u00fcr die TCO-Fensterschichten. So wird untersucht, ob anstelle der AZO-Fensterschichten amorphes Indium-Zinkoxid (a-IZO), entwickelt am Zentrum f\u00fcr Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-W\u00fcrttemberg (ZSW), oder mit Wasserstoff dotiertes Indiumoxid (IOH), entwickelt am PVcomB, in Frage kommen. Das Ziel ist, die erheblich h\u00f6here Elektronenbeweglichkeit der Materialien zu nutzen. Dadurch k\u00f6nnte die TCO-Schicht wesentlich d\u00fcnner werden, wodurch die Transparenz und mithin die Stromausbeute erh\u00f6ht werden k\u00f6nnte. Die prinzipielle Eignung in CIGS-Solarzellen wurde f\u00fcr beide Materialien (mit mehr als 21 Prozent Wirkungsgrad f\u00fcr a-IZO) schon nachgewiesen. Beide Abscheideprozesse f\u00fcr IOH und a-IZO wurden schon auf industrietaugliche DC-Sputteranlagen \u00fcbertragen. Eine Schw\u00e4che haben die alternativen TCOs noch: Das klassische AZO kommt bisher noch besser mit der rauen CIGS-Oberfl\u00e4che klar. Der Wettbewerb der Technologien ist also weiterhin offen.<\/p>\n