Die Energieumwandlung aus photovoltaischen Zellen ist eine seit vielen Jahrzehnten bekannte und hoch entwickelte Technologie. Für eine nachhaltige Energiegewinnung ist es allerdings notwendig Solarzellen kostengünstiger zu produzieren um mit fossilen Brennstoffen konkurrieren zu können. Die bei weitem am weitesten verbreitete und höchsten entwickelte Technologie basiert auf der Verwendung von Siliziumwafern. Diese Technologie ist aber aufgrund des hohen Preises von hochreinem Silizium sehr teuer. Anstatt der Verwendung relativ dicker Siliziumwafer können die Materialkosten mit Hilfe von Dünnschichttechnologien, oder Solarzellen der 'zweiten Generation' reduziert werden. Die Effizienz von Solarzellen kann durch Technologien der so genannten 'dritten Generation' signifikant verbessert werden. Sowohl für Solarzellen der zweiten bzw. der dritten Generation können höhere Absorption aus dem Sonnenlicht zu höheren Effizienzen führen. Plasmonische und photonische Effekte sind viel versprechende Methoden um höhere Effizienzen zu erzielen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es plasmonische Strukturen mittels des physikalisch-chemischen Prozesses 'Substrat Induzierte Koagulation' (engl. Substrate Induced Coagulation - SIC) herzustellen. Bis zum heutigen Tag behandelte kein Forschungsprojekt, diese physikalisch-chemische Methode. Substrat Induziere Koagulation hat ein herausragendes Potential Strukturen einerseits billiger und andererseits unter Wahrung der ursprünglichen Form, oder durch die Möglichkeit Partikel mit anderen, kleineren zu beschichten ('core-shell'-particles), eine Vielzahl an plasmonischen Strukturen herzustellen. Die geplante Grundlagenforschung über diesen Weg sollte es möglich machen, die Wechselwirkung zwischen Licht und plasmonischen Nanostrukturen besser zu verstehen und die Effizienz von Dünnschichtsolarzellen (a-Silizium) zu erhöhen.
Vorfahrt widmet sich der Entwicklung von kostengünstige Zell- und Modultechnologien basierend auf höchsteffizienten III-V Mehrfachsolarzellen für Märkte, bei welchen hohe Wirkungsgrade besondere Vorteile versprechen, beispielsweise in elektrischen Flug- und Fahrzeugen. Dieses Teilvorhaben beschäftigt sich mit der Entwicklung von auf Metallfolien basierten III-V Dünnschichtsolarzellen und Modultechnologien. Es werden Prozesse und Herstellungsmethoden von III-V Dünnschichtsolarzellen auf Metall entwickelt. Es werden verschiedene Verschaltungstechnologien für dünne III-V Solarzellen basierend auf dünnen Wafer oder Metallfolien untersucht und die Lamination von besonders leichten Modulen für Flugzeuganwendungen entwickelt. Modullayouts, Bypassdioden und Querverschaltungstechnologien werden für die Integration in Modulen entwickelt.
Zentrales Thema der Forschungsarbeiten ist die Verkürzung der CIGS-Depositionszeit mit dem Ziel die Wettbewerbsfähigkeit der CIGS-Dünnschichttechnologie zu erhalten und zu steigern. Dies wird unterstützt durch die computerbasierte Beschreibung wichtiger Teilprozesse wie Diffusion, Kristallbildung, Wachstumskinetik, Gleichgewichtszustände, Alkali-Austausch, Alkali-Einbau ins Gitter, etc. Parallel dazu erfolgt die experimentelle Umsetzung in einer eigens für schnelle Abscheideprozesse optimierten Pilotanlage. Durch aufwändige analytische Verfahren und Untersuchungen werden Teilprozesse und Effekte des schnellen Wachstums und des Alkali-Einbaus detailliert erforscht. Hinzu kommen Beiträge zur Auswahl und zur experimentellen Verifizierung eines p-Verbindungshalbleiters zur Vorbereitung der monolithischen Tandem-Verschaltung (z. B. Chalkopyrit/Perovskit).
Das Vorhaben Projekts 'altura' hat die Erarbeitung alternativen Konzepte zur Serienverschaltung von Dünnschichtsolarmodulen zum Ziel, welche zu signifikanten Wirkungsgradverbesserungen führen kann, um die beträchtliche Lücke zwischen Zelle und Modul speziell in CIGS-Solarmodulen zu verringern und auch die Herstellkosten weiter zu senken. Für CIGS-Solarmodule ist die Serienverschaltung der einzelnen Solarzellen ein wesentlicher Prozessschritt, führt aber auch zu erheblichen Verlusten. Innovative Verschaltungstechniken besitzen daher ein immenses Potenzial zur Wirkungsgraderhöhung und Kostenreduktion. Das Projekt hat zum Ziel, durch Entwicklung und Anwendung von modernen Laser- und Drucktechniken neue Verschaltungskonzepte zu realisieren und auf deren industrielle Umsetzbarkeit zu prüfen. Manz wird die notwendigen Laserprozesse entwickeln und optimieren. Manz wird eine Entwicklungsplattform designen und bauen, um die Anlage und alle im Vorhaben entwickelten Prozesse implementieren und schließlich bei NICE zusammen qualifizieren. Die vielversprechendsten Ansätze alternativer Verschaltungskonzepte werden zum Nachweis der industriellen Umsetzbarkeit auf Großmodule übertragen.