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Prozesstechnologie für optisch und für den Langzeitbetrieb optimierte Solarmodulgläser und hocheffiziente Solarzellen, Teilvorhaben: Technologieentwicklung des nasschemischen Ätzens zum Texturieren von Solarmodulglas

StrukturSolar II - Innovative Strukturierungskonzepte für Solarzellen der nächsten Generation, StrukturSolar II - Innovative Strukturierungskonzepte für Solarzellen der nächsten Generation

Der vorliegende Antrag der MLU ist Teil des Verbundprojektes STRUKTURSOLAR II. Die Anwendung innovativer Strukturierungskonzepte in Solarzellen der nächsten Generation für verbesserte Wirkungsgrade bei reduziertem technologischen Herstellungsaufwand soll erforscht werden. Dabei sollen die vorhandenen Kompetenzen in der Grundlagenforschung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und anwendungsorientiertes Know-how der Hochschule Anhalt (HSA) in einem kooperativen Forschungskolleg zusammengeführt werden. Mehrere Promotionsthemen sollen jeweils in Teilen an beiden Hochschulen bearbeitet werden. Das Projekt adressiert Themen der Strukturierung sowohl von Dünnschichtmodulen (Mikrostrukturierte CIGSe Kontakte, Thermische Laser Strukturierung, Perowskitsolarzellen auf Silicium, Strukturierte Substrate) als auch von Siliciumwafer-basierten Solarzellen (Plasmastrukturiertes schwarzes Silicium, Makroporöses Silicium, Defektlokalisierung von PERC-Kontakten). Die Plasmatexturierung zur Präparation von hochabsorbierenden Silicium Oberflächen (schwarzes Silicium) und anschließende Passivierung sollen bis hin zu kompletten Solarzellen weiter optimiert werden. Alternativ soll makroporöses Silicium mittels metall-unterstützter chemischer Ätzung die Absorption erhöhen. Strukturierte Rückkontakte von PERC Zellen sollen mittels abbildender Methoden im Hinblick auf Defekte untersucht werden. Die Zusammenführung der neuartigen Perowskitsolarzellen und Wafer Silicium soll mittels nasschemischer und physikalischer Verfahren erforscht werden. Auch für Dünnschichtsolarzellen ist das Photonenmanagement durch Strukturierung ein vielversprechendes Thema. Hierbei geht es sowohl um die Optimierung eines strukturierten Rückkontaktes z.B. von CIGSe Solarzellen als auch um die Lichteinkopplung durch plasmastrukturierte Substrate. Das Modulthema der integrierten Serienverschaltung soll mit dem neuen Thema der thermischen Laserstrukturierung vorangetrieben werden.

StrukturSolar II - Innovative Strukturierungskonzepte für Solarzellen der nächsten Generation^StrukturSolar II - Innovative Strukturierungskonzepte für Solarzellen der nächsten Generation, StrukturSolar II - Innovative Strukturierungskonzepte für Solarzellen der nächsten Generation

EoL-Cycle - End-of-Life Cycle von PV-Modulen: Aufarbeitung von Altmodulen und Rückführung von Wertstoffen in den Stoffkreislauf, Teilvorhaben: Recycling der Staub- und Folienanteile

Das Elektrogesetz wurde am 10. Juli diesen Jahres abschließend im Bundesrat behandelt, somit ist gesetzlich geregelt, dass PV-Module als Elektroschrott eingestuft werden und entsprechend der Vorgaben der WEEE-Richtlinie (Elektro- und Elektronikgeräte-Abfall Richtlinie) recycelt werden müssen. Die gesamte installierte Menge an PV-Modulen in Europa belief sich Ende 2014 auf 8,1 Millionen Tonnen. Dies entspricht einer Menge an Silber von 4.000 bis 8.000 Tonnen, einer ähnlichen Menge an Zinn und ungefähr 40.000 bis 80.000 Tonnen Kupfer. Im aktuellen Recyclingkonzept in Deutschland werden im Wesentlichen die Aluminiumrahmen und das Glas recycelt. Die Beschränkung auf Glas und Aluminium ist in Bezug auf Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung und Umweltschutz sehr unbefriedigend: strategisch wichtige Metalle gehen verloren, Schwermetalle werden freigesetzt. Das übergeordnete Ziel dieses Projektes ist die Erweiterung des bestehenden, industriell erprobten Recyclingprozesses dahingehend, dass die nutzbaren Metalle wie Silber, Zinn oder Kupfer zurückgewonnen werden. Hierfür werden neue Trenn-, Klassierungs- und Reinigungsverfahren angewendet, in Kombination mit nasschemischen Ätzschritten, gefolgt von Schmelz- und Raffinationsschritten. Der neue Prozess muss sich aber am wirtschaftlichen Ertrag orientieren; das Ziel ist, dass das Verfahren nicht über das Entsorgungsentgelt getragen wird, sondern über die Verwertung der Rohstoffe. Wird dies erreicht, kann das Verfahren auch auf andere Länder übertragen werden. Ferner müssen alle Prozessschritte gut skalierbar und robust sein und sich für alle cSi-Module gleichermaßen eignen. Das Projekt basiert auf drei Säulen, die im Arbeitsplan abgebildet sind und die Kernkompetenzen der jeweiligen Partner wiederspiegeln: AP-1: Qualitätsverbesserung Glas und Trennung Kunststoff / Zellen (Reiling) AP-2: Recycling der Staub- und Folienanteile (CSP) AP-3: Demonstrator für chemische Prozessschritte 'Prozessintegration (TESOMA)'.

EoL-Cycle - End-of-Life Cycle von PV-Modulen: Aufarbeitung von Altmodulen und Rückführung von Wertstoffen in den Stoffkreislauf, Teilvorhaben: Verbesserte Materialtrennung bei der Aufbereitung von End-of-Life PV-Modulen und qualitätsoptimierte Rückgewinnung der Glas- und Metallfraktion

Mit dem Elektrogesetz ist gesetzlich geregelt, dass PV-Module als Elektroschrott eingestuft werden und entsprechend der Vorgaben der WEEE-Richtlinie (Elektro- und Elektronikgeräte-Abfall Richtlinie) recycelt werden müssen. Die gesamte installierte Menge an PV-Modulen in Europa belief sich Ende 2014 auf 8,1 Millionen Tonnen. Dies entspricht einer Menge an Silber von 4.000 bis 8.000 Tonnen, einer ähnlichen Menge an Zinn und ungefähr 40.000 bis 80.000 Tonnen Kupfer. Im aktuellen Recyclingkonzept in Deutschland werden im Wesentlichen die Aluminiumrahmen und das Glas recycelt. Die Beschränkung auf Glas und Aluminium ist in Bezug auf Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung und Umweltschutz sehr unbefriedigend: strategisch wichtige Metalle gehen verloren, Schwermetalle werden freigesetzt. Das übergeordnete Ziel dieses Projektes ist die Erweiterung des bestehenden, industriell erprobten Recyclingprozesses dahingehend, dass die nutzbaren Metalle wie Silber, Zinn oder Kupfer zurückgewonnen werden. Hierfür werden neue Trenn-, Klassierungs- und Reinigungsverfahren angewendet, in Kombination mit nasschemischen Ätzschritten, gefolgt von Schmelz- und Raffinationsschritten. Der neue Prozess muss sich aber am wirtschaftlichen Ertrag orientieren; das Ziel ist, dass das Verfahren nicht über das Entsorgungsentgelt getragen wird, sondern über die Verwertung der Rohstoffe. Wird dies erreicht, kann das Verfahren auch auf andere Länder übertragen werden. Ferner müssen alle Prozessschritte gut skalierbar und robust sein und sich für alle cSi-Module gleichermaßen eignen. Das Projekt basiert auf drei Säulen, die im Arbeitsplan abgebildet sind und die Kernkompetenzen der jeweiligen Partner wiederspiegeln: AP-1: Qualitätsverbesserung Glas und Trennung Kunststoff / Zellen (Reiling) AP-2: Recycling der Staub- und Folienanteile (CSP) AP-3: Demonstrator für chemische Prozessschritte ' Prozessintegration (TESOMA).

EoL-Cycle - End-of-Life Cycle von PV-Modulen: Aufarbeitung von Altmodulen und Rückführung von Wertstoffen in den Stoffkreislauf, Teilvorhaben: Demonstrator für chemische Prozessschritte

Das übergeordnete Ziel dieses Projektes ist die Erweiterung des bestehenden, industriell erprobten Recyclingprozesses dahingehend, dass die nutzbaren Metalle wie Silber, Zinn oder Kupfer zurückgewonnen werden und dass eventuelle Schwermetalle aus dem Lot (insbesondere Blei), abgetrennt und gebunden werden können. Hierfür werden neue Trenn-, Klassierungs- und Reinigungsverfahren angewendet, in Kombination mit nasschemischen Ätzschritten, gefolgt von Schmelz- und Raffinationsschritten.

5ct - Stromgestehungskosten unter 5ct/kWh für Deutschland durch innovative, industriell umsetzbare Prozesse anhand der IBC Solarzellen Technologie, Teilvorhaben: Entwicklung effizienter nass-chemischer Verfahren auf dem Weg zu 5ct/kWh Stromgestehungskosten

Im Vorhaben wird das innovative IBC Zellkonzept weiter entwickelt, mit dem Ziel, durch die Nutzung industrieller Prozesse die derzeitigen Stromgestehungskosten deutlich zu senken: Ziel ist es, Stromgestehungskosten von weniger als 5ct (€) pro Kilowattstunde für PV-System in Deutschland zu demonstrieren. Innovative Ansätze für Chemische Prozesse und Metallisierung werden untersucht. Im Zentrum steht dabei das rückkontaktierte Zellkonzept IBC, das Wirkungsgrade von über 22 % ermöglicht. Zur Überführung der ZEBRA Zelle in die industrielle Fertigung müssen noch wirtschaftlichere Reinigungsverfahren und alternative Metallisierungskonzepte untersucht werden. Das Ziel des Projekts ist es, chemische Verfahren (Reinigungen, Ätzverfahren und lichtassistierte Ätzverfahren) und elektrochemische Metallisierungsprozesse zu entwickeln, die im IBC Konzept 'ZEBRA' industriell genutzt werden können. Dies soll dann teilweise beim italienischen Zellhersteller MegaCell in einer Pilotproduktion getestet werden.

5ct - Stromgestehungskosten unter 5ct/kWh für Deutschland durch innovative, industriell umsetzbare Prozesse anhand der IBC Solarzellen Technologie, Teilvorhaben: Entwicklung angepasster Reinigungsverfahren sowie eines neuartigen Herstellungsprozesses mit lichtassistierten selektiven Ätzverfahren

Im Vorhaben wird das innovative Zellkonzept ZEBRA weiter entwickelt, mit dem Ziel, durch die Nutzung industrieller Prozesse die derzeitigen Stromgestehungskosten deutlich zu senken: Ziel ist es, Stromgestehungskosten von weniger als 5ct (') pro Kilowattstunde für PV-System in Deutschland zu demonstrieren. Innovative Ansätze für Chemische Prozesse und Metallisierung werden untersucht. Im Zentrum steht dabei das rückkontaktierte Zellkonzept IBC, das Wirkungsgrade von über 22 % ermöglicht. Zur Überführung der ZEBRA Zelle in die industrielle Fertigung müssen noch wirtschaftlichere Reinigungsverfahren und alternative Metallisierungskonzepte untersucht werden. Das Ziel des Projekts ist es, chemische Verfahren (Reinigungen, Ätzverfahren und lichtassistierte Ätzverfahren) und elektrochemische Metallisierungsprozesse zu entwickeln, die im IBC Konzept 'ZEBRA' industriell genutzt werden können. Dies soll dann teilweise beim italienischen Zellhersteller MegaCell in einer Pilotproduktion getestet werden.

5ct - Stromgestehungskosten unter 5ct/kWh für Deutschland durch innovative, industriell umsetzbare Prozesse anhand der IBC Solarzellen Technologie, Teilvorhaben: Nasschemische Prozessentwicklung

Im Rahmen des Verbundvorhabens wird das innovative Zellkonzept ZEBRA weiter entwickelt mit dem Ziel, durch die Nutzung industrieller Prozesse die derzeitigen Stromgestehungskosten deutlich zu senken. Innerhalb des 5ct Projekts sollen dabei chemische Verfahren (Reinigungen, Ätzverfahren und lichtassistierte Ätzverfahren) und elektrochemische Metallisierungsprozesse entwickelt werden, die im IBC Konzept 'ZEBRA' industriell genutzt werden können.

Diadem - Entwicklung von Säge- und Texturverfahren für diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer, Teilvorhaben: Entwicklung eines Texturierungsadditivs und eines Prozesses für die saure Texturierung von diamantdrahtgesägten multikristallinen Wafern

Diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer haben ein großes Potential zu einer kostengünstigen Alternative zu konventionell gesägten Wafern zu werden. Dies ist bislang aber noch nicht erreicht, da zwei wesentliche Hürden einer wirtschaftlichen Markteinführung entgegen stehen: Zum einen kann der Drahtsägeprozess seine Vorteile noch nicht auf multikristallinen Wafern entfalten und zum anderen gibt es noch keinen industriereifen Prozess solche Wafer zu texturieren. Während die erste Hürde in parallel laufenden Drahtsägeprojekten aufgegriffen ist, sollen in dem hier skizzierten Projekt geeignete Textur- und Charakterisierungsmethoden entwickelt werden. Ein besonderes Augenmerk wird hierbei auf eine industrielle Umsetzbarkeit sowie die Integrationsmöglichkeit in bestehende Solarzellenfertigungslinien gelegt werden. Zur Erreichung dieser Ziele wird ein grundlegendes Verständnis erarbeitet, wie ein Texturprozess eventuell mit chemischen oder mechanischen Vorprozess auf diamatdrahtgesägten multikristallinen Wafern umsetzbar und auf Großanlagen übertragbar ist. Begleitend werden die benötigten Messverfahren weiterentwickelt, die die elektrischen und mechanischen Eigenschaften dieser Wafer im Rahmen des Eingangstests klassieren sollen. Das Konsortium besteht aus verschiedenen Firmen und einem Forschungsinstitut, die mit ihren jeweiligen Expertisen dieses Projekt erfolgreich bearbeiten wollen. Die Ergebnisse des Projektes sollen es den Partnern ermöglichen, neue Anlagen oder Upgrades zu bestehenden Anlagen oder Messsystemen zu vermarkten und die Alleinstellungsmerkmale der jeweiligen Firmen weiter auszuprägen. Das Verbundprojekt umfasst 5 Arbeitspakete (AP): AP 1 Projektkoordination; AP 2 Entwicklung einer Textur für diamantdrahtgesägte-Wafer; AP 3 Mess- und Charakterisierungstechnologien; AP 4 Solarzellen-Herstellung und Demonstration; AP 5 Ökonomische Bewertung.

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