Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Biegsam, robust und rostfrei: ZSW entwickelt flexible Dünnschicht-Solarzelle auf Emaillierstahl mit 18,6 Prozent Wirkungsgrad

03.09.2013
Wissenschaftler am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) haben einen neuen Typ flexibler CIGS-Dünnschicht-Solarzellen entwickelt.

Die Stuttgarter Forscher nutzen ein alternatives Trägermaterial, dünnen emaillierten Stahl, für die stromerzeugende Absorberschicht. Emaillierstahl ist langlebiger und nicht so leicht zu beschädigen wie Kunststofffolien.

Im Gegensatz zu Edelstahl ist er elektrisch isolierend, zudem entfallen ein zusätzlicher Dotierschritt und eine Diffusionsbarriere. Bei den Wirkungsgraden schneidet Emaillierstahl mindestens so gut ab wie Edelstahl: So beträgt der Wirkungsgrad der neuen biegsamen, 0,5 Quadratzentimeter großen Zelle 18,6 Prozent.

Ein Modul auf einer Fläche von 23 mal 30 Zentimeter konnte 12,9 Prozent des Sonnenlichts in Strom umwandeln - weltweit einer der besten Werte für monolithisch verschaltete Module auf Metallsubstraten. Produziert wurden Zelle und Modul auf einer industrienahen Inline-CIGS-Anlage des ZSW.

Flexible Dünnschicht-Solarzellen erweitern die Anwendungsmöglichkeiten der Photovoltaik enorm. Durch ihre Elastizität lassen sie sich an die Oberflächen von Autos, Wohnmobilen, Schiffen, Fassaden, Hausdächern oder elektronischen Geräten anpassen. "Dünner Stahl als flexibles, aber gleichzeitig stabiles Material eignet sich da besonders", berichtet Friedrich Kessler vom ZSW-Fachgebiet Materialforschung. Eine Emailleschicht schützt die Stahlfolie vor Durchrostung. Die glasartige Substanz eignet sich außerdem besser für die Aufbringung der elektrisch aktiven Schichten. "Emaillestahl verbindet die Vorteile von starrem Glas mit denen einer flexiblen Metallfolie", so Kessler.

Im Vergleich zu rostfreiem Edelstahl sind die Kosten ungefähr gleich. Emaillestahl ist aber vollständig elektrisch isoliert. Die Solarzellen können dadurch monolithisch verschaltet werden, also bereits serienmäßig während der Herstellung. Das spart metallische Verbindungen und Geld. Der Emaille-Schmelz stellt zudem eine Diffusionsbarriere zwischen dem vom Stahl freigesetzten, ertragsmindernden Eisen und der CIGS-Schicht dar. Auch eine zusätzliche Dotierung - das Einbringen von Fremdatomen in die CIGS-Schicht, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen - ist nicht nötig. Die Forscher fügten der Emaille Natrium und Kalium zu, die bei der Beschichtung in den Absorber diffundieren.

Bei dem Beschichtungsvorgang ist es dem Wissenschaftlerteam gelungen, eine Hürde zu überwinden. Die hohen CIGS-Beschichtungstemperaturen im Vakuum können dazu führen, dass die Emailleschicht Blasen bildet und sich vom Stahl ablöst. Um das zu verhindern, entwickelte das ZSW mit einem Industriepartner, Pemco International aus Belgien, eine neue Emailschicht auf niedrig legiertem Stahl, die den Hochtemperatur-CIGS-Beschichtungsschritt bis maximal 650 Grad Celsius unbeschadet übersteht.

Für Solarzellen mit der gewünschten Flexibilität müssten jetzt nur noch die Stahlfolien dünner werden, so der ZSW-Forscher Kessler. Momentan ist der günstige kohlenstoffarme Stahl nur bis zu einer minimalen kommerziellen Dicke von 200 bis 300 Mikrometer (0,3 Millimeter) erhältlich. Im Rahmen der Forschungsarbeiten wurde eine dünnere Sonderanfertigung hergestellt; weitere Optimierungen durch Stahlfirmen sind technisch ohne weiteres möglich. In die Zell- und Modulfertigung könnten Solarunternehmen danach einsteigen.

Die Forschung zu emaillierten Stahlsubstraten für CIGS-Dünnschicht-Solarzellen fand im Rahmen des EU-Projektes HIPOCIGS statt und ist seit 2013 abgeschlossen. Das ZSW koordinierte die Arbeiten, an denen insgesamt acht Forschungs- und Industriepartner beteiligt waren.

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) gehört zu den führenden Instituten für angewandte Forschung auf den Gebieten Photovoltaik, regenerative Kraftstoffe, Batterietechnik und Brennstoffzellen sowie Energiesystemanalyse. An den drei ZSW-Standorten Stuttgart, Ulm und Widderstall sind derzeit rund 230 Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker beschäftigt. Hinzu kommen 120 wissenschaftliche und studentische Hilfskräfte.

Ansprechpartner Pressearbeit

Claudia Brusdeylins, Zentrum für Sonnenenergie- und
Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW), Industriestr. 6,
70565 Stuttgart, Tel. +49 (0)711 7870-278, Fax +49 (0)711 7870-230,
claudia.brusdeylins@zsw-bw.de

Axel Vartmann, PR-Agentur Solar Consulting GmbH,
Emmy-Noether-Str. 2, 79110 Freiburg,
Tel.: +49 (0)761 380968-23, Fax: +49 (0)761 380968-11,
vartmann@solar-consulting.de

Axel Vartmann | Solar Consulting GmbH
Weitere Informationen:
http://www.solar-consulting.de
http://www.zsw-bw.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Wie Protonen durch eine Brennstoffzelle wandern
22.06.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht Omicron Diodenlaser mit höherer Ausgangsleistung und erweiterter Garantie
20.06.2017 | Omicron - Laserage Laserprodukte GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften