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Die neueste Generation einer Produktionsanlage für CIGS-Schichten des Maschinenbauers Manz dient als Prototyp für eine optimierte Produktionslinie.
© Manz AG
CIGS-Dünnschichtmodule
01.04.2014

In dieser Produktionsanlage wird durch Laser die Strukturierung und Randpassivierung verbessert.
© Manz AG

Die elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt den Schichtaufbau einer CIGS-Solarzelle im Querschnitt mit einer Vergrößerung von circa 10.000. Im Modul ist die Zinkoxidschicht wie in der Legende etwa 1 µm dick.
© ZSW

Dünnschicht-Module günstiger produzieren

Im Projekt CIGSfab ist es den Entwicklern gelungen, die Herstellung von Dünnschicht-Modulen zu verbessern und preiswerter zu machen. In seiner Innovationslinie reduzierte der Maschinenbauer Manz seine Produktionskosten um zehn Prozent. Außerdem setzte das Unternehmen verstärkt auf Lasertechnik und steigerte so den Wirkungsgrad der Module um 0,5 Prozentpunkte. Durch die neuen Produktionsanlagen wird die Dünnschicht-Photovoltaik zu einer ernsthaften Konkurrenz für multikristalline Silizium-Module.

„Mit den im Forschungsprojekt CIGSfab neu entwickelten Maschinen und optimierten Prozessen können wir die Herstellungskosten von Dünnschicht-Modulen um rund zehn Prozent reduzieren“, sagt der Koordinator des Forschungsprojekts Bernhard Dimmler vom Maschinenbauer Manz. Mit den Modulen werden günstige Stromgestehungskosten erreicht: Für Südeuropa sei von vier Cent pro Kilowattstunde auszugehen, in Deutschland von acht Cent pro Kilowattstunde.
Derzeit dominieren kristalline Siliziummodule den Photovoltaik-Markt. Ihr Wirkungsgrad ist bislang höher als der von Dünnschicht-Modulen. Diese können allerdings mit viel weniger Halbleitermaterial und damit kostengünstiger hergestellt werden. Bei der Herstellung von CIGS-Dünnschicht-Solarmodulen wird die Halbleiterverbindung bestehend aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen (CIGS) auf ein Glassubstrat aufgedampft.

Das Projekt wurde als eines der ersten Vorhaben der Innovationsallianz Photovoltaik nach dreijähriger Forschungs- und Entwicklungsarbeit erfolgreich abgeschlossen. Zusammen mit dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) gelang es den Mitarbeitern von Manz unter anderem, die Geschwindigkeit der Beschichtungsprozesse bei der Modulproduktion zu verdoppeln und den Materialaufwand bei der Beschichtung weiter zu reduzieren. Mit diesem optimierten Abscheideprozess für die CIGS-Schicht lassen sich bis zu 50 Prozent der Produktionsanlagen einsparen. Die Pufferschicht wurde bisher im Einzelprozessverfahren abgeschieden. Die Forscher entwickelten die Abscheidung zu einem Durchlaufprozess weiter und ermöglichten damit eine kontinuierliche Prozessführung. Die Anlagenkosten halbierten sich damit.

Dünnschicht-Photovoltaik erreicht Wirkungsgrad von Silizium-Modulen

Außerdem verbesserten die Forscher (unter Beibehaltung bewährter Prozessierungsschritte) den Modulwirkungsgrad um 0,5 Prozentpunkte. Diese Wirkungsgradsteigerung erreichten sie durch den vermehrten Einsatz von Lasertechnik anstelle mechanischer Strukturierungsschritte. Die CIGS-Module erreichen mit aktuell bis zu 14,6 Prozent Wirkungsgrad in der Produktion (bei geringeren Herstellungskosten) die Leistung der marktgängigen Silizium-Module.

Herstellungskosten auf rund 0,40 Euro je Watt Peak gesenkt

Auf Grundlage der Kostenstruktur der CIGSfab geht Projektkoordinator Dimmler in aktuellen Berechnungen von diesen Herstellungskosten aus: „Bei einer jährlichen Produktionskapazität von etwa 150 Megawatt könnten Module mit 41 Eurocent pro Watt Peak hergestellt werden. Eine kleinere Fabrik läge etwas höher. In naher Zukunft und bei Fabriken mit einer Jahresproduktionskapazität im Gigawattbereich läge der Wert weit unter 40 Cent.“ Mit diesen CIGS-Solarmodulen erzeugter Solarstrom liegt laut Manz damit auf ähnlichem Preisniveau wie Strom aus fossilen Kraftwerken. Er sei deutlich günstiger als Strom aus Offshore-Windkraftwerken.

Das Vorhaben hat mehr als zwölf Millionen Euro gekostet. Davon förderte die Bundesregierung über die Innovationsallianz Photovoltaik das Projekt mit sechs Millionen Euro, der Maschinenbauer Manz übernahm die andere Hälfte.

(gh)

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Adressen

Projektkoordination
Manz CIGS Technology GmbH

Wissenschaftliche Begleitung
ZSW Baden-Württemberg