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 Forscher entwickeln effizientere Systeme für Brennstoffzellen und Kraft-Wärme-Kopplung
19.04.2017 | EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie e. V.

nachricht Forscher entwickeln Elektrolyte für Redox-Flow-Batterien aus Lignin aus der Zellstoffherstellung
18.04.2017 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie