FutureFab – Vom Labor zur Solarfabrik der Zukunft

BMBF-Verbundprojekt FutureFab

Solarstrom wird bis zum Jahr 2030 rund 20 Prozent des deutschen Strombedarfs decken können und somit im gleichen Zeitraum fast 500 Millionen Tonnen CO2 einsparen. Um dieses Ziel zu erreichen, muss Solarstrom konkurrenzfähig zu konventionell erzeugtem Strom werden. Zugleich gilt es, den Marktanteil deutscher Unternehmen im zunehmenden internationalen Wettbewerb zu behaupten.

Dafür müssen gerade im Bereich kristalliner Silizium-Solarzellen – mit 80 Prozent Marktanteil in 2009 die führende Photovoltaik-Technologie – die Herstellkosten gesenkt werden. Hier setzen die Partner des Verbundprojekts FutureFab an: In enger Zusammenarbeit von Photovoltaik-Herstellern und -ausrüstern sollen neue Zell- und Modulkonzepte mit Photovoltaik-Systemkomponenten zu optimierten Prozessketten zusammengeführt werden.

Das von der centrotherm photovoltaics AG koordinierte Verbundprojekt wird in den nächsten drei Jahren vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Innovationsallianz Photovoltaik mit ca. 6,3 Mio. € unterstützt.

Weitere Industriepartner im Verbundprojekt FutureFab sind neben der centrotherm photovoltaics AG die Conergy SolarModule GmbH & Co. KG, die Sunways AG, die ASYS Automatisierungssysteme GmbH, die ROFIN-BAASEL Lasertech GmbH & Co. KG und die PI Photovoltaik-Institut Berlin AG. Beteiligte Forschungseinrichtungen sind das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP und das ISC Konstanz e.V.

Die enge Verzahnung von Zell- und Modulherstellern mit den Photovoltaik-Ausrüstern im Verbund ermöglicht schnelle Lernzyklen und damit eine hohe Geschwindigkeit bei der Entwicklung und Umsetzung der geplanten Innovationen. Ziel des Verbundprojekts ist es, die neuen Solarzellentechnologien in Demonstrationsanlagen bei den Zell- und Modulherstellern zu integrieren. Auf der Basis von Zellwirkungsgraden oberhalb von 20 Prozent für kristalline Silizium-Solarzellen soll gezeigt werden, dass die Herstellkosten pro Watt-Peak um 30 Prozent gesenkt werden können.

Damit eine Siliziumsolarzelle Strom erzeugen kann müssen Fremdatome, z.B. Phosphoratome, in das Silizum eingebracht werden. Diesen Vorgang nennt man Dotierung. Auf der Vorderseite werden Solarzellen schwach dotiert, um hohe Wirkungsgrade zu erreichen. Dies führt jedoch an den Kontaktfingern zu hohen elektrischen Widerständen, was wiederum den Wirkungsgrad begrenzt. Der Ausweg: eine höhere Dotierung im Bereich der Kontakte mittels Laserverfahren. Eine weitere Verbesserung wird durch eine Schutzschicht auf der Rückseite erreicht (Passivierung). Zur Kontaktierung muss diese wieder mittels Laser geöffnet werden; dies erfordert eine optimale Auslegung der Schicht und der Laserquelle. Schließlich ermöglicht eine neuartige Feinlinienmetallisierung die Herstellung extrem dünner Kontaktfinger. Dies vergrößert die aktive Fläche der Solarzelle, auf der das Sonnenlicht eindringen kann – der Wirkungsgrad wird weiter erhöht.

Dieser Technologietransfer – zur Dotierung mittels Laser, zu passivierten Rückseiten und zur Feinlinienmetallisierung sowie einem angepassten und im Gesamtsystem optimiertem Modulbau – bildet die Grundlage für weiterführende Untersuchungen zur Solarfabrik der nächsten Generation: der „FutureFab“. Diese soll im Hinblick auf die Anforderungen des steigenden Innovationsdrucks im Zell- und Modulbau optimiert werden. Herausforderungen betreffen u.a. die einfache Integration neuer Prozessschritte in bestehende Fertigungslinien sowie die intelligente Vernetzung von Anlagen. Damit wird der künftige Transfer von Innovationen auf Zellebene über die gesamte Technologiekette bis zum Solarmodul beschleunigt.

Durch diesen neuen, ganzheitlichen Ansatz für die Solarfabrik der nächsten Generation soll die Technologieführerschaft der deutschen Photovoltaik-Industrie nachhaltig gestärkt werden.