Aktuelle F&E-Aktivitäten im Bereich Photovoltaik fokussieren auf völlig neue PV-Technologien, die auf organischen, anorganischen oder hybriden Aktivschichten basieren. Diese zukunftsweisenden Modulkonzepte zeichnen sich durch Semitransparenz, Flexibilität und ein geringes Flächengewicht aus. Die neuen Technologien könnten hohes Potenzial am PV-Markt haben, wenn es gelingt, die vielversprechenden Forschungsergebnisse vom Labormaßstab in die industrielle Produktion zu überführen. Im Projekt flex!PV.at wurde die maßgebliche Expertise zu Material- und Zellentwicklung, Beschichtungstechnologie und Modulentwicklung sowie Einkapselung und Modultests zusammengeführt. Zum Projektkonsortium gehörten die Forschungspartner NTC NanoTecCenter Weiz (jetzt: JoannEum Research Materials, Projektleitung), AIT Austrian Institute of Technology, LIOS Linzer Institut für Organische Solarzellen der Johannes Kepler Universität (JKU) Linz, ICTM Institut für Chemische Materialien der Technischen Universität (TU) Graz, Fraunhofer Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) sowie die Unternehmen crystalsol GmbH aus Wien und ISOVOLTAIC AG aus Lebring (Steiermark). 

Projektziele

Zielsetzung von flex!PV.at war die Entwicklung von innovativen Konzepten und Materialien sowie kostengünstigen und ressourcenschonenden Prozessen für die kontinuierliche Produktion von Dünnschichtsolarzellen-Modulen. Von der Aufbringung der Absorberschicht, der Zwischen- bzw. Pufferschichten, über die thermische Behandlung zur Trocknung der Schichten bis zum Druck der Elektroden und der kontinuierlichen Einkapselung der Module wurden alle Produktionsschritte technologieübergreifend erforscht. Knappe und teure Rohstoffe wie z. B. Indium und kosten- und energieintensive Vakuumprozesse sollten dabei vermieden werden. Für zwei sehr unterschiedliche PV-Technologien wurden entsprechende Lösungskonzepte erarbeitet. Einerseits für die organische PV mit sehr dünnen Materialschichten (unter 500 nm) und Niedrigtemperaturprozessen unter 200°C und andererseits für die anorganische PV basierend auf Kupfer-Zink-Zinn (Sulfid/Selenid) mit Materialschichtdicken im Mikrometerbereich und Hochtemperaturprozessen über 350°C.

Technische Herausforderungen

> Erforschung alternativer Zell- und Moduldesigns für eine flexible Gestaltung der Solarzellenmodule
> Überwindung der Diskrepanz zwischen Zellen- und Moduleffizienz
> Entwicklung von lösungsbasierten Prozessen für transparente Elektroden
> finale Prozessüberführung in einen vollständig kontinuierlichen Prozess
> Entwicklung lösungsbasierter Cadmium-freier Pufferschichten
> Erhöhung der Modul-Lebensdauer 

Meilensteine

Im Rahmen des Projekts konnten vielversprechende Lösungen erarbeitet werden, die als wichtige Meilensteine für die zukünftige Produktion der neuen flexiblen Dünnschichtsolarzellen gelten. Ein Konzept für die Steigerung der Moduleffizienz unter Berücksichtigung einer hohen Flexibilität konnte sowohl für die anorganische als auch für die organische PV erfolgreich umgesetzt werden. Der Wirkungsgradverlust zwischen Zelle und Modul wird von rund 50 % auf 30 % gesenkt. Weiters ist es gelungen, die lösungsbasierte Herstellung von transparenten, leitfähigen Elektroden wie auch die Entwicklung lösungsbasierter Cadmium-freier Pufferschichten effektiv in die Solarmodul- und Zellfertigung zu integrieren. Im Rahmen der finalen Prozessüberführung in einen vollständig kontinuierlichen Prozess wurden stabile Solarzellenmodule produziert und unter Realbedingungen getestet. Sämtliche Einzelkomponenten der Solarzellen und -module wurden hinsichtlich ihrer Lebensdauer analysiert. Durch eine Anpassung der verwendeten Materialien und Prozesse sowie einer geeigneten Einkapselung konnte eine Erhöhung der Lebensdauer auf 20 Jahre erzielt werden. 

flex!PV_2.0

2016 wurde unter Leitung des AIT Austrian Institute of Technology ein Nachfolgeprojekt gestartet, in dem emergente Dünnschichtphotovoltaikzellen basierend auf Schwermetall-freien Kesterit- und Perowskit-Absorberschichten untersucht werden. Im Zentrum der Forschungsarbeiten stehen die Materialentwicklung, das Beschichtungsverfahren und das Moduldesign für eine zukünftige industrielle Massenproduktion.