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Pilotanlage zur Teilung von Solarzellen: Mechanischer Zellteiler nach Laserritzen der Rückseite. Pro Stunde können bis zu 3.600 Zellen geteilt werden.
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Die halbierten Zellen werden nach einem optimierten Konzept verschaltet. Die daraus hergestellten Module sind deutlich leistungsfähiger als die Vergleichsmodule mit ganzen Zellen. Der erwartete Leistungshub von ca. 6 Wp wurde experimentell bestätigt.
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Die Breitband-Entspiegelung durch die aufgebrachte Antireflexbeschichtung verbessert die Lichtabsorption und das Schräglichtverhalten.
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Innovationen für mehr Leistung und geringere Kosten

Halbzellmodule steigern Leistung

Die Projektpartner untersuchen verschiedene Möglichkeiten zur Steigerung der Modulleistung. In einem der Projekte teilen sie Hochleistungssolarzellen vor der Verschaltung zum Modul. Als Ergebnis einer Aufwands-Nutzen-Abschätzung verwenden sie halbe Zellen (78 x 156 mm). Die Zellen werden in einem neu entwickelten laserbasierten Teilungsprozess halbiert. Dafür werden die Solarzellen auf einem Transportband positioniert und ausgerichtet, ein Laser erzeugt auf der Zellrückseite einen Graben. An dieser Sollbruchstelle werden die Zellen geteilt. Das für diese Zellgröße entwickelte Verschaltungskonzept kann sowohl mit der Standard-Verbindungstechnologie als auch mit einer Drahtelektrode eingesetzt werden. Durch die neue Verschaltung konnte ein Leistungsgewinn im Modul von 6 Wp (bezogen auf 245 Wp) erreicht werden.

Optische Verluste vermindern

Forscher des Instituts für Solarforschung Hameln (ISFH) steigern den Modulwirkungsgrad, indem sie optische Verluste vermindern, die zum Beispiel durch Brechung und Reflexion entstehen. Aufbauend auf theoretischen Untersuchungen zur Verminderung optischer Verluste haben sie erste Simulationen durchgeführt. Um die Lichtreflexion zu reduzieren und einen höheren Energieertrag, besonders bei Schwachlichteinfall, zu erhalten, entwickeln sie verbesserte Antireflexbeschichtungen als Breitband-Entspiegelung. Dank einer verringerten Lichtrückstreuung konnte in ersten Untersuchungen ein Gewinn von 5 Wp, bezogen auf 245 Wp, erreicht werden.

Entwickler von Solarworld Innovations messen die Lichteinfangeffekte durch diffus streuende Rückseitenfolien in den Zellzwischenräumen. Auch die weißen Flächen zwischen Zellmatrix und Rahmung tragen zur Leistungsgenerierung bei.

Hinsichtlich der Modulleistung wurden keine negativen Wechselwirkungen zwischen Lichteinfang und Antireflexschichten nachgewiesen. Auch Experimente bestätigten, dass beide Effekte sich im Wesentlichen additiv verhalten. Verfeinerte Simulationsrechnungen durch das Forschungsinstitut ISFH sind in Planung.

Die Antireflexbeschichtung muss noch hinsichtlich Homogenität, Anpassung an die Farbe der Solarzellen, Alterungsbeständigkeit und Reinigungsverhalten verbessert werden. Beim Vergleich unterschiedlicher Verfahren und Beschichtungen zeigte sich, dass günstig herstellbare Sol-Gel-Beschichtungen zu schlecht haften. Teure eingebrannte Vakuumbeschichtungen sind dagegen haltbar und homogen. Daten aus einem Testfeld des Projektpartners INTERPANE bestätigen den Ertragsgewinn von ca. 4% durch AR-Beschichtungen.

Neues Glas-Glas-Modul

Das neu entwickelte Glas-Glas-Modul ist langlebiger, eine Haltbarkeit von etwa 30 Jahren wird erwartet. Auch die Degradation der Modulleistung ist mit jährlich 0,35% niedriger als gewöhnlichen Modulen. Deshalb soll der über die gesamte Lebendauer zu erwartende Energieertrag um 20% steigen. Mit dem Einsatz von zwei nur 2 mm starken Scheiben ist es leichter als ein vergleichbares Glas-Folien-Modul. Die Markteinführung soll noch in 2013 erfolgen.

Solarfabrik der nächsten Generation

In den Vorhaben der Innovationsallianz Photovoltaik wird für eine Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit geforscht:
Der Produktionsanlagenbauer MANZ und das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) optimieren im Projekt „CIGSfab“ die Produktion von Dünnschichtmodulen im Fabrikmaßstab. Sie haben im September 2012 unter Produktionsbedingungen einen Weltrekord-Modulwirkungsgrad von 14,6% erreicht. Dieser entspricht dem Wirkungsgrad von multikristallinem Silizium. Die Entwickler gehen davon aus, dass die effiziente Produktionstechnik der CIGSfab die Produktionskosten von Solarstrom damit auf ein Preisniveau im Bereich von rund 8 Cent/kWh am Standort Deutschland und rund 4 Cent/kWh im südlichen Europa senkt.

Die Solarfabrik der nächsten Generation ist das Ziel bei „FutureFab“: Auch hier arbeiten Zell- und Modulhersteller mit Photovoltaik-Ausrüstern gemeinsam daran, Innovationen im Zell- und Modulbau voranzutreiben. Neu entwickelte Zell- und Modulkonzepte sollen mit Photovoltaik-Systemkomponenten zu optimierten Prozessketten zusammengeführt werden.

Diese enge Kooperation beschleunigt die Lernzyklen und damit die Entwicklung und Umsetzung von Neuerungen. Neue Solarzellentechnologien wie die Laserdotierung können umgehend in Demonstrationsanlagen von Zell- und Modulherstellern erprobt werden. Auf der Basis von Zellwirkungsgraden oberhalb von 20% für kristalline Silizium-Solarzellen soll gezeigt werden, dass es möglich ist, die Herstellkosten pro Watt-Peak um 30% zu senken.

Die Herstellung konventioneller Silizium-Module wird billiger, wenn teure Materialien ersetzt werden können. Noch besser ist es, wenn dabei die Zelleffizienz steigt. Dafür entwickeln die Forscher des Projektes „LasVe-Gas“ eine neuartige Beschichtungstechnologie zur Metallisierung der Zelloberfläche. Der Koordinator, Dr. Holger Kühnlein von der Rena GmbH, verdeutlicht: „Durch die Verwendung von Kupfer anstelle von Silber lassen sich die Materialkosten drastisch reduzieren. Mit optimierten Prozess- und Verfahrensschritten wollen wir zugleich die Leistungsfähigkeit konventioneller Silizium-Module weiter verbessern – und das bei einer Kostenersparnis von bis zu 10% der gesamten Fertigungskosten.“ Die Ergebnisse sollen auf eine industriekompatible Anlagentechnik übertragen und in der Produktion eingesetzt werden.

Projektinfo 10/2013:
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Merkzettel

Adressen

Projektkoordination
SolarWorld Innovations GmbH

Teilprojekte und Projektbeteiligte

Verbundprojekt SONNE
(PDF, 1 Seite, 90 kB)

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu den Projekten A - K.