Selen- und Indiumschichten für die CIS-Solarzelle

Die CIS-Solarzelle ist heute eine bekannte und häufig eingesetzte Entwicklung, um Sonnenlicht in Energie umzuwandeln. (Aufbau einer solchen Zelle siehe erstes Bild rechts)

„Unser Forschungsziel ist es, den Absorber einer CIS-Solarzelle nasschemisch herzustellen“, gibt Dr. Metzner, der Leiter der Abteilung Schichttechnik am Frauhofer IPA, aus. Damit wird es möglich, auf die teueren und energieintensiven Prozesse (Hochtemperatur- und Vakuumprozesse) zu verzichten. Durch nasschemische Prozesse kann eine effizientere und kostengünstigere Herstellungsroute realisiert werden.

Somit würde eine Produktion ermöglicht werden, in der die CIS-Solarzelle als ein Massenprodukt gefertigt werden kann, woraus sich die Möglichkeit ergibt, dieses Produkt großflächig einzusetzen, um Energie zu gewinnen. Aktuell wird die Kupferschicht des Absorbers durch einen galvanischen Prozess erzeugt. Die beiden anderen Schichten entstehen durch Verdampfungsprozesse im Vakuum. Für Indium gibt es heute schon Möglichkeiten der nasschemischen Abscheidung. Allerdings bestehen noch eindeutige Haftungsprobleme auf dem Kupfer. Die galvanische Abscheidung des metallischen Selens ist bis jetzt noch nicht erfolgreich durchgeführt worden.

„Es ist uns gelungen, einen Prozess zu entwickeln, bei dem metallisches Selen durch einen nasschemischen Prozess hergestellt werden kann. Außerdem konnten wir das Problem mit der Haftfestigkeit von Indium auf Kupfer lösen und somit auch diese Schicht elektrochemisch abscheiden“, berichtet Dr. Metzner stolz, und resümiert: „Dadurch sind wir in der Lage, einen CIS-Absorber vollständig nasschemisch herzustellen.“

Die Aufnahmen mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) bestätigen, dass die Abscheidung eines CIS-Absorbers aus wässrigen Lösungen gelungen ist. Dafür wurde die Schicht in flüssigem Stickstoff gebrochen und unter dem REM untersucht.

Um die Verfahren produktionsnah weiterentwickeln zu können, wurde eine Höchstpräzisionsbandanlage projektiert und realisiert. Damit ist es möglich, dass auch die Schichtdickenpräzisierung an das Rolle-zu-Rolle-Verfahren angepasst wird. „Zum jetzigen Zeitpunkt haben wir die Möglichkeit, jeweils eine Schicht im Bandanlagenmaßstab nasschemisch herzustellen“, erklärt die Wissenschaftlerin Julia Eckert. In der nächsten Zeit soll die Anlage jedoch um die fehlenden Module erweitert werden.

Zudem beschäftigt sich die Abteilung Schichttechnik auch mit der Entwicklung einer galvanischen Abscheidung für Molybdän. Molybdän wird in der CIS-Solarzelle als Rückkontakt benötigt und kann bisher nur in Vakuumverfahren erzeugt werden. „Auch bei diesem Thema konnten wir schon große Fortschritte erzielen. So kann man sagen, dass es möglich sein wird, auch diese Schicht effizienter und kostengünstiger herzustellen“, verrät Julia Eckert und sieht in der gesamten Verfahrenskette auch die Basis für die Entwicklung von beispielsweise CIGSAbsorbern (Kupfer, Indium, Gallium, Selen).

Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dr.-Ing. Martin Metzner
Telefon: +49 711 970-1041 I martin.metzner@ipa.fraunhofer.de
Dipl.-Ing. Julia Eckert
Telefon: +49 711 970-1822 I julia.eckert@ipa.fraunhofer.de