Forscher wollen Wirkungsgradpotenzial von Silizium-Dünnschichtsolarzellen steigern

Prozesskontrolle

Um die Effizienz einer Solarzelle zu steigern und eine höhere Prozessausbeute („Yield“) erzielen zu können, versuchen die NEXT ENERGY-Wissenschaftler, die gesamte Solarzellenherstellungssequenz sowohl mit der In-Situ Prozesskontrolle (während des Prozesses) als auch mit der In-Line Prozesskontrolle (nach dem Prozess) zu analysieren und zu kontrollieren. Bei der In-Line Prozesskontrolle entwickeln die Forscherteams Verfahren und Messvorschriften, mit denen großflächig elektrische und optische Informationen von Schichten und Schichtpaketen auf Glas oder flexiblen Substraten detektiert werden können. Mit Hilfe einer schnellen Lokalisierung von Fehlern in der Prozesskette einer Solarzellenproduktion kann der Yield der Produktion signifikant erhöht werden. Zudem wurde gemeinsam mit der Firma FAP GmbH ein Regelkreislauf entwickelt, der es ermöglicht, die Prozessparameter während der chemischen Gasphasenabscheidung (PECVD) optisch zu kontrollieren und die Abscheideparameter instantan anzupassen.

BildSimulation

Um vorhandene Optimierungspotenziale in der Solarzellstruktur aufdecken und anschließend im Experiment umsetzen zu können, werden bei NEXT ENERGY Verlustmechanismen in elektrischen und optischen Simulationen analysiert. Dafür nutzen die Wissenschaftler das Programm TCAD von Synopsys. „Wir haben ein Modell entwickelt, mit dem sowohl die optische Lichteinkopplung in die Dünnschichtsolarzelle als auch der elektrische Transport der Ladungsträger in mehreren Dimensionen dargestellt werden kann“, erläutert von Maydell. „Mit Hilfe dieser Simulationen lassen sich Optimierungspotenziale an Single-, Tandem- oder Triple-Solarzellen detektieren“. Beispiele seien die Simulation effektiver Lichteinfangstrukturen, funktioneller Zwischenschichten und neuartiger
Absorbermaterialien.

Flexible Substrate

NEXT ENERGY erforscht kostengünstige Lösungen für Solarzellenmodule auf Basis flexibler Materialien. Aktuell konzentrieren sich die Forschungsaktivitäten in diesem Bereich auf neue, effizientere Solarzellenarchitekturen auf Metall- oder Kunststofffolien mit innovativen Lichteinkopplungskonzepten. Zudem werden mit Hilfe von Ultrakurzpulslasern neue Modulverschaltungskonzepte erprobt. Karsten von Maydell sieht für dieses Forschungsfeld ganz praxisnahe Anwendungsmöglichkeiten: „Mit der Verwendung von flexiblen Substraten wie Metall- oder Kunststofffolien haben wir die Möglichkeit, extrem leichte Solarmodule zu fertigen. Sie eignen sich zum Beispiel für den Einsatz auf Dächern, die nur schwach belastbar sind. Zudem könnten sich im Rolle-zu-Rolle-Prozess die Produktionskosten reduzieren lassen.“