Hocheffiziente CIS-Solarbandzelle Abschlussbericht

Abstract

A new approach for a thin film technology, in which Cu/In/S based flexible solar cells are continuously fabricated on a metal-tape in consecutive roll-to-roll processes, (CISCuT) has been introduced. Then, the completion of cells proceeds by deposition of a thin Cul buffer layer and a highly transparent conductive ZnO-layer. Basics of the CISCuT-concept are metal tapes as mechanical carrier of the cells, continuous roll-to-roll processes, and rapid deposition techniques. The seven work packages of the project were dedicated to show the ability of an efficient tape-like CIS solar cell based of the international new CISCuT idea to develop the scientific and technological basics for the production of those CISCuT-based cells, and to investigate the electronic structure of the cell to find out possibilities or limitations for the efficiency. At the beginning of the project there were single test structures without transparent front electrode of an area of 2 mm"2 and an efficiency of max. 4.5% a technological concept and particular machines for roll-to-roll production of the tape cells in a laboratory scale, and a very simple model of the solar cell physics, based of an ono phase CuInS_2-absorber of n-type and a CuS buffer layer of p-type. A significant progress has been achieved in all of these fields. At the end of the project we can show complete solar cells of an area of 400 mm"2 with an efficiency of 7% solar cell tapes of a length of up to 150 m are produced in continuous roll-to-roll processes, implemented in a base line with a theoretical throughput of 100 kWp/a at 5% efficiency, and the electronic structure of the CISCuT solar cell was found as p-i-n and no principal limitation for theoretic efficiency of those cells must take into account to the best of our knowledge. That means that the basic scientific, technological, and equipment conditions for an economic implementation of the starting CISCuT concept are fulfilled at the end of the project. The results yield directly to the registration of two patents in Germany and a number of scientific publications and contributions at national and international conferences. (orig.)Kernstueck der im Weltmassstab neuen Technologie zur Herstellung flexibler Solarzellen ist die einseitige Erzeugung einer CIS-Absorberschicht auf 30 #mu#m bis 100 #mu#m duennen und nur 1 cm breiten Metallbaendern (CISCuT). Die fertige Bandsolarzelle entsteht in weiteren Schritten. Hierbei wird auf den CIS-Bandabsorber eine sehr duenne Cul-Pufferschicht aufgebracht und darueber eine transparente, hoch leitfaehige ZnO-Schicht abgeschieden. Grundelemente des CISCUT-Konzeptes sind die Nutzung von Metallbaendern als Traeger der Solarzelle, kontinuierliche Rolle-zu-Rolle-Prozesse und schnelle Abscheideverfahren. Die sieben Arbeitspakete des Projektes waren den Zielen, eine effiziente CIS-Bandsolarzelle auf Grundlage der international neuen CISCuT Idee nachzuweisen, die wissenschaftlichen und verfahrenstechnischen Grundlagen ihrer Herstellung zu entwickeln, die Struktur der Solarzelle und moegliche Begrenzungen im Wirkungsgrad zu untersuchen untergeordnet. Ausgehend vom Projektbeginn, bei dem einzelne Teststrukturen (ohne transparenter Frontelektrode) (2 mm"2) mit einem Wirkungsgrad von max. 4.5%, ein Verfahrenskonzept und einzelne Anlagen zur Rolle-zu-Rolle-Herstellung der Bandsolarzellen im Labormassstab, ein einfaches Modell der Solarzelle mit einem einphasigen CulnS_2-Absorber vom n-Leitungstyp und einem CuS-Bufferlayer vom p-Leitungstyp vorlagen, wurden in allen Bereichen wesentliche Fortschritte erzielt. Bei Projektende liegen komplette Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 7% auf einer Flaeche von 400 mm"2 vor, werden in kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Durchlaeufen in der aufgebauten Base-Line (Theoretischer Durchsatz von 100 KWp/a bei 5% Wirkungsgrad) Solarzellen von 150 m Laenge gefertigt, konnte die p-i-n-Struktur der CISCuT-Solarzelle nachgewiesen werden, die nach gegenwaertigen Stand keine prinzipielle Beschraenkung im Wirkungsgrad aufweist. Damit sind wesentliche wissentschaftliche, technologische und anlagentechnische Voraussatzungen fuer eine wirtschaftliche Umsetzung des CISCuT-Konzeptes erarbeitet worden. Die Ergebnisse fuehrten zur Anmeldung zweier Patente beim Deutschen Patent- und Markenamt sowie zu einer Vielzahl von Veroeffentlichungen und Konferenzbeitraegen. (orig.)Available from TIB Hannover: F03B479+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany)DEGerman