Netzwerk Innocis bringt Entwicklung flexibler Dünnschicht-Solarzellen voran

Wenn demnächst Solarzellenfolien auf Autos kleben oder Satelliten mit Energie versorgen, dann haben auch Wissenschaftler der Universität Leipzig ihren Anteil daran. Sie sind mit vier Teilprojekten am Netzwerk Innocis beteiligt.

In wenigen Wochen wird in der Solarion GmbH Leipzig auf einer Pilotanlage mit der Herstellung flexibler Dünnschicht-Solarzellen, einer sogenannten Solarfolie, begonnen. Mit einer neuen ionenstrahlgestützten Technologie werden dabei auf dünne Polymerfolien effiziente Dünnschichtsolarzellen auf Basis von Kupfer, Indium, Gallium und Selen (CIGS) aufgetragen. Solche Solarzellen können bei Massenfertigung die Kosten enorm senken. Sie werden dünner als ein Blatt Papier sein, flexibel, ultraleicht und praktisch auf jede Oberfläche aufbringbar. Das erschließt gegenüber den bislang üblicherweise auf Glasflächen aufgebrachten Solarzellen zahllose neue Anwendungsfelder. Die Produktion soll bis Anfang 2004 schrittweise auf eine Kapazität von 5000 Quadratmetern bzw. 0,5 Megawatt Spitzenleistung ausgebaut werden. Der Öffentlichkeit vorgestellt wird das Projekt im Rahmen der Leipziger Fachmessen enertec (Internationale Fachmesse für Energie) und Terratec (internationale Fachmesse für Umwelttechnik und Umweltdienstleistungen) vom 11.-14. März 2003 sowie auf der Hannover Messe vom 07.-12. April 2003.

Die Entwicklung dieser Dünnschicht-Solarzellen ist ein Ergebnis des Projektes Innocis. Der Begriff Innocis (Inno von Innovation /CIS aus Kupfer, Indium, Selen) bezeichnet ein Forschungs- und Entwicklungs-Netzwerk im Technologie-Dreieck Leipzig-Dresden- Chemnitz. Das Projekt mit dem vollen Namen „Wachstumskern Innocis – Kostengünstige flexible CIS Photovoltaik“ vereint 14 Verbundpartner, die an Teilprojekten arbeiten. Neben dem Initiator und Koordinator Solarion GmbH sind dies vier weitere Unternehmen in der Industrie, die unter anderem Anlagen und Ausrüstungen für die Halbleiter-Dünnschichtechnologie herstellen, drei Partner am Leipziger Institut für Oberflächenmodifizierung, einer am Dresdener Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik und fünf an der Universität Leipzig.

Das Netzwerk Innocis ist eine von 123 Initiativen, die sich Anfang 2001 im Rahmen des vom BMBF ausgeschriebenen Programms „Innovative Regionale Wachstumskerne“ um eine Förderung bewarben. Dadurch sollen Impulse für industrielles Wachstum und die Schaffung zukunftssicherer Arbeitsplätze in enger Verbindung mit regionaler Forschungskompetenz und kommunaler Politik gegeben werden.

Aus der Vielzahl der Anträge wählte das BMBF im August 2001 neun Initiativen aus, die insgesamt 138 Einzelprojekte beinhalten. Das finanzielle Volumen aller Projekte im Innocis- Verbund liegt bei rund 5,4 Millionen Euro.

Zu den fünf Partnern an der Universität Leipzig zählt neben dem Institut für Anorganische Chemie, dem Wilhelm-Ostwald-Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, dem Institut für Nukleare Festkörperphysik und dem Institut für Experimentelle Physik II das Institut für Mineralogie, Kristallographie und Materialwissenschaft (IMKM). Hier wird ein Teilprojekt betreut, nämlich die Entwicklung von alternativen cadmiumfreien Pufferschichten für die Solarzellen. „Diese Pufferschicht ist nur eine von mehreren Schichten, die für die in der Solarzelle ablaufende Umwandlung von Sonnenenergie in Elektroenergie nötig ist „, erläutert Dr. Gerald Wagner, der am IMKM mit dem Projekts betraut ist. „In der Absorberschicht der Solarzelle werden durch die Absorption von Photonen Paare von Ladungsträgern gebildet (innerer Photoeffekt), die durch den p/n-Übergang, der zwischen Absorber- und Pufferschicht realisiert werden muss, getrennt werden und sich dann frei bewegen müssen. Durch eine geeignete Polung der Zelle ergibt sich der gewünschte Stromfluss .“ Bis dahin nichts Neues. Das Bestreben der Wissenschaftler am IMKM ist es nun, das giftige Schwermetall Cadmium, das bislang für die Herstellung der Cadmiumsulfid-Pufferschicht eingesetzt wird, durch Zink zu ersetzen.

„Dieses Problem ist in einem Verbund wie dem Innocis-Projekt optimal lösbar“, so Dr. Wagner. „Zum einen natürlich durch die finanziellen Mittel, die uns aus dieser Quelle zur Verfügung gestellt werden und sowohl Personalstellen sicherten als auch die gerätetechnische Ausstattung verbesserten. Andererseits ermöglicht dieser Projektverbund den Zugriff auf Apparaturen und Messmethoden, die an unserem Institut nicht vorhanden sind. Ein Hauptanliegen unserer Bestrebungen ist die Herstellung von stöchiometrischen Schichten, wobei die Heteroübergänge zwischen den verschiedenen Schichten innerhalb der Solarzelle möglichst „chemisch scharf“ sein sollen. In Hinblick auf die Analyse der Schichtzusammensetzung und die Schärfe der Heteroübergänge wurde das 1994 an unserem Institut installierte Hochauflösungselektronenmikroskop vom Typ Philips CM 200 dank der vom BMBF bereitgestellten finanziellen Mittel mit einem EDX-Analysesystem komplettiert. Mit diesem System gelingt es, die chemische Zusammensetzung mit hoher örtlicher Auflösung (Strahldurchmesser nur wenige Nanometer) an sogenannten Querschnitten über mehrere Schichten hinweg zu messen. Das ist für die Prozesskontrolle und somit für die Verbesserung der Qualität der Solarzellen hilfreich. Insgesamt standen uns im vergangenen Jahr 207.000 Euro zur Verfügung. 2003 können wir mit 118.458 Euro planen.“

Andererseits, so Dr. Wagner, habe Innocis wertvolle Partnerschaften geknüpft oder verstärkt, die auch nach Abschluss der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in Sachen Solarfolie keinesfalls wieder im Sande verlaufen werden.

Weitere Informationen:
Dr. Gerald Wagner
Telefon: 0341 97 97 36 511 bzw. 517
E-Mail: wagner@Kristall.tachemie.uni-leipzig.de

Solarion GmbH
Tel.: +49 (0)341 14794
E-Mail: info@solarion.de