PORTFOLIO

Dünnschichtsolarzellen basierend auf polykristallinen Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) und CdTe Verbundhalbleitern haben ein hohes Potential für presigünstige photovoltaische Energieerzeugung in verschiedensten Anwendungen. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Superstrat Dünnschicht-Solarzellen mit einer strukturierten tranparent leitenden Oxidschicht auf Glas (preisgünstige Solarmodule mit hoher Effizienz) und auf komerziell erhältlichen tranparenten Polymerfolien (flexible Leichtgewicht-Solarzellen).

Die Herstellung von flexiblen, kostengünstigen und hocheffizienten Leichtgewicht-Solarzellen mittels einer Pufferschicht ist neu und originell. Die Mitglieder der Forschungsgruppe sind Pioniere in dieser Anwendung. Das Projektthema "Sonnenergiegewinnung mittels Photozellen" ist sehr aktuell. Ein Engagement der Gebert Rüf Stiftung ist insbesondere nach Ablehnung der Energieabgabe (September 2000) angebracht damit die Schweiz Ihre Vorreiterrolle in der Photovoltaik weiterhin behalten kann.

In Superstrat-Solarzellen wird der p-n Übergang durch Aufdampfen der p-Schicht auf die n-Fensterschicht bei 550 Grad Celsius gebildet. Bei diesen hohen Temperaturen besteht die Gefahr, dass die verschiedenen Elemente über die Grenzschicht hinweg diffundieren und den p-n Übergang zerstören. Verschiedene tranparente leitende Materialien wurden getestet. Untersuchungen an der Grenzschicht und die darauf basierende Optimierung des Aufdampfprozesses führte zu einer Effizienzsteigerung auf 11.2% mittels einer tranparenten leitenden ZnO/ZnO:Al Schicht. Zusätzlich wurden neue Konzepte für doppelseitig absorbierende CIGS und CdTe Solarzellen erarbeitet. Solche Zellen können auch halbtransparent hergestellt werden und eröffnen somit wieder neue Anwendungsbereiche (Gebäudeintegration, Mehrfachübergangs-Solarzellen der nächsten Generation). Mit diesem innovativen Konzept (Patent beantragt) konnte bisher 11.8% Effizienz erreicht werden. Dies ist insofern erstaunlich als bisher angenommen wurde, dass tranparente n-leitende Kontakte einen gleichrichtenden Kontakt zur CIGS oder CdTe Absorberschicht bilden. In Rahmen dieses Projektes konnte aber gezeigt werden, dass ein „quasi-ohmischer“ Kontakt entsteht. Das Konzept wurde auch in die Anträge für das sechste Rahmenprogramm der europäischen Union und weitere Projektanträge aufgenommen. Von daher erhoffen wir uns finanzielle Unterstützung, um die erzielten Forschungs- und Entwicklungsresultate weiter zu verbessern und in industrielle Produkte zu transferieren.
Flexible Solarzellen lassen sich entweder direkt auf Polymerfolie realisieren oder werden auf einer Pufferschicht hergestellt und danach abgelöst. Für den Ablösungsprozess mussten die verschiedenen Depositionsschritte angepasst werden. Dies führte zu Solarzellen mit bis zu 12.3% Effizienz.
Polymerfolien verschiedener Hersteller wurden auf deren Eignung als Substratmaterial getestet. Flexible Zellen in Superstrat-Konfiguration mit einer Weltrekord-Effizienz von 11.4% wurden erreicht. Um die industrielle Machbarkeit auf grossen Flächen zu demonstrieren, wurde eine Sputteranlage für 30x30cm2 angeschafft und für die benötigen Kontaktschichten (Mo, ZnO/ZnO:Al, In2O3:SnO2) optimiert. Eine Prototyp CIGS Depositionsanlage für 15x15cm2 Substrate wurde entwickelt um Quellendesigns für einen zukünftigen in-line CIGS Reaktor (30x30cm2) zu testen. Dabei wurde ein flexibles monolithisch verschaltetes Modul auf 15x15cm2 hergestellt. Mehrere industrielle Firmen haben ihr Interesse ausgedrückt, für eine Weiterentwicklung Richtung praktische Anwendung zusammenzuarbeiten.

Comparison of structural and electrical properties of Cu(In, Ga)Se2 for substrate and superstrate solar cells, Haug FJ, Rudmann D, Bilger G, Zogg H, Tiwari AN, Thin Solid Films 403, 293-296 (2002)
Ga2O3 segregation in Cu(In,Ga)Se2/ZnO superstrate solar cells and its impact on their photovoltaic properties, Terheggen M, Heinrich H, Kostorz G, Haug FJ, Zogg H, Tiwari AN, Thin Solid Films 403, 212-215 (2002)
Light soaking effects in Cu(In,Ga)Se2 superstrate solar cells, Haug FJ, Rudmann D, Zogg H, Tiwari AN, Thin Solid Films 431, 431-435 (2003)
Electrical Properties of the heterojunction in Cu(In,Ga)Se2 superstrate solar cells, Haug FJ, Rudmann D, Romeo A, Zogg H, Tiwari AN, 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Osaka, Japan (2003)
CdTe Solar Cell in a Novel Configuration, Tiwari AN, Khrypunov G, Kurdzesau F, Bätzner DL, Romeo A, Zogg H, Progress in Photovoltaics 12, 33-38 (2004)
High Efficiency flexible CdTe solar cells on polymer substrates, Romeo A, Khrypunov G, Kurdesau F, Bätzner DL, Zogg H, Tiwari AN, Technical Digest of the international PVSEC-14, Bangkok, Thailand (2004)
Development of thin-film Cu(In,Ga)Se2 and CdTe solar cells, Romeo A, Terheggen M, Abou-Ras D, Bätzner DL, Haug FJ, Kälin M, Rudmann D, Tiwari AN, Progress in Photovoltaics, 12, 93-111 (2004)

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