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Fortschritt bei der Entwicklung von Dünnschicht-Solarmodulen

Dünnschicht-Solarmodule überzeugen in der Architektur durch ihre Flexibilität und die Gestaltungsfreiheit, die sie bieten. Doch die Branche steht – wie die Solarwirtschaft allgemein – derzeit unter Kostendruck. Nun haben Forscher aus Stuttgart eine Möglichkeit entwickelt, die Solarmodule künftig mit einem kostengünstigeren Trägermaterial herzustellen.

Dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) ist es gelungen, ein voll funktionstüchtiges flexibles Dünnschicht-Solarmodul auf einer 0,5 Millimeter dünnen Baustahlfolie herzustellen. Baustahl ist deutlich günstiger als bisher eingesetzte Trägermaterialien für die flexible Dünnschichtphotovoltaik.

Das knapp 50 Quadratzentimeter große „Mini-Modul“ aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) wurde in einem industrienahen Prozess hergestellt und erreichte bei einem externen Prüfinstitut 8,6 Prozent Wirkungsgrad. Die neue Technik wird nach Ansicht der Forscher den Weg zu flexiblen Anwendungen auf Stahlfolie oder Stahlblech etwa für den mobilen Bereich oder an Gebäuden eröffnen.

Das knapp 50 Quadratzentimeter große „Mini-Modul“ aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) wurde in einem industrienahen Prozess hergestellt und erreichte bei einem externen Prüfinstitut 8,6 Prozent Wirkungsgrad. Die neue Technik wird nach Ansicht der Forscher den Weg zu flexiblen Anwendungen auf Stahlfolie oder Stahlblech etwa für den mobilen Bereich oder an Gebäuden eröffnen.

„Baustahl ist um den Faktor zwei bis drei kostengünstiger als Edelstahl oder Polyimidfolien. Damit ist das Kostensenkungspotenzial für Anwendungen deutlich größer als bisher, zum Beispiel für Dachbahnen von der Rolle oder für den Einsatz auf Autos oder Schiffen“, beschreibt Roland Würz, Projektleiter am ZSW, einen Vorteil der neuen Technik gegenüber anderen, bereits auf dem Markt befindlichen flexiblen Solarmodulen. „Unser Forschungsinstitut ist meines Wissens das einzige weltweit, das Solarmodule auf einfachem Stahl fertigen kann“, so Würz.

Ein großer Vorteil der CIGS-Dünnschichttechnik ist die monolithische Verschaltung der Einzelzellen zum Modul. Dabei wird im Herstellungsprozess die Vorderseite einer Zelle direkt mit der Rückseite der nächsten Zelle in einer Serienschaltung verbunden. Das erspart zusätzliche metallische Verbindungen, wie sie bei kristallinen Siliziumsolarzellen nötig sind. Damit ist die Technologie kosteneffizienter zu automatisieren und variabler in der Produktgestaltung. Die monolithische Verschaltung hat sich bei der Produktion von CIGS-Modulen auf Glas millionenfach bewährt.

Bei einem direkten Aufbringen der CIGS-Schicht auf eine elektrisch leitende Unterlage wie Baustahl würde die monolithische Verschaltung jedoch sofort zum Kurzschluss führen. Eine große Herausforderung für die ZSW-Forscher war es deshalb, eine elektrisch isolierende Schicht zwischen Baustahl und CIGS-Zellen zu finden, die den industriellen Fertigungsprozess übersteht.

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