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Mehr als tausend CIS-Module zeigen am Getreidesilo der Schapfenmühle bei Ulm ein homogenes Erscheinungsbild.
© Würth Solar GmbH & Co. KG

Schichtfolge der CdS/CdTe-Solarzelle („Superstrat“-Konfiguration).
© BINE-Informationsdienst

Fertigungslinie von CdS/CdTe-Dünnschichtsolarmodulen.
© Antec Solar Energy AG
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Cadmiumtellurid

Cadmium ist ein toxisches Element, das nicht in die Natur oder in Lebensmittel gelangen darf. In Solarzellen eingesetzt ist das Schwermetall jedoch weitgehend unproblematisch, weil die Cadmiumtellurid-Verbindung chemisch sehr stabil ist. Auch sind die Solarzellen hermetisch zwischen zwei Glasscheiben eingebettet. Doch ein konsequentes Recycling mit geschlossenen Stoffkreisläufen ist unabdingbar.

Material

Cadmiumtellurid (CdTe) ist ein natürlich p-leitender Halbleiter und ist wegen seiner physikalisch-chemischen Eigenschaften ein für Dünnschichtsolarzellen gut geeignetes Material: Die Energielücke liegt bei günstigen 1,45 eV und aufgrund des sehr hohen Absorptionsvermögens kommt man mit wenigen Mikrometer dicken Schichten aus. Zudem können Solarzellen aus CdTe in kostengünstigen Prozessschritten gefertigt werden.

Herstellung

Zur Herstellung eines pn-Übergangs wird ein Heteroübergang mit einem anderen II-VIHalbleiter, dem n-leitenden Cadmiumsulfid (CdS), erzeugt [47]. Auf einer Glasscheibe wird zunächst eine transparente leitende Schicht aufgebracht (TCO), auf der eine sehr dünne (ca. 100 nm) n-leitende CdS-Schicht folgt. Auf diese wird die aktive CdTe-Schicht in einer Dicke von ca. 5 μm aufgebracht; abschließend erfolgt die Abscheidung der Kontaktschicht. Der komplette Fertigungsprozess von 60 x 120 cm² großen Glasscheiben zu integriert seriell verschalteten Dünnschichtsolarmodulen erfolgt in einer 165 m langen vollautomatischen Linie [48]. Der transparente Frontkontakt wird ganzflächig in einer Durchlauf-Vakuumanlage mittels Kathodenzerstäubung aufgebracht, anschließend erfolgt die Unterteilung in Einzelstreifen durch Laser. Die wichtigen Halbleiterschichten CdS und CdTe werden mit einem Sublimationsverfahren hergestellt, das schnell, einfach und robust ist, sowie geringe Anforderungen an das verwendete Vakuum stellt. Es wird Close Spaced Sublimation (CSS) genannt.

Das Ausgangsmaterial, CdTe-Granulat mit einer Reinheit von 99,999%, wird hierbei aus einem auf ca. 650°C geheizten Graphit-Tiegel auf die darüber hinweggleitenden Glassubstrate übersublimiert, die sich auf einer Temperatur von 500°C befinden, was eine gute Kristallqualität der Schichten garantiert. CdTe wächst hierbei ohne weitere aktive Dotierprozesse p-leitend auf, CdS, das nach dem gleichen Prozess abgeschieden wird, n-leitend. Ein spezieller thermischer Aktivierungsprozess verbessert die elektronische Anpassung des CdS an das CdTe. Zur Fertigstellung der kompletten Schichtfolge sind noch zwei weitere Trennschnitte sowie das Aufbringen des metallischen Rückkontaktes erforderlich. Nach einem Funktionstest werden die Solarmodule mit Metallbändern kontaktiert und durch Auflamination gleich großer Glasplatten hermetisch versiegelt.

Technologiestatus

Die elektrische Leistung der Dünnschichtmodule von ANTEC Solar Energy liegt derzeit zwischen 43 und 50 Watt, was einem Modulwirkungsgrad von 6 bis 7% entspricht. Die Fertigungskapazität der Fabrik beträgt ca. 120.000 Module pro Jahr. Die im Labor erzielten Spitzenwerte liegen für CdTe-Solarzellen bei 16,5%. Bei Antec konnten im Labor mit produktionsnahen Prozessen gut 13% realisiert werden. CdTe-Kleinmodule (10 x 10 cm²) erzielten 10,5%. Mit der aktuellen Fertigungslinie erzielt Antec 6-7% Modulwirkungsgrad, gut 8% gelten als erreichbar. First Solar konnte bereits zeigen, dass Modulwirkungsgrade von 10% machbar sind.

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