Das Projekt "Teilvorhaben: Das Verständnis von der Verbindung zwischen Struktur und Chemie an der CdS/CIGS-Grenzfläche durch korrelative Mikroskopie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Fachgruppe Physik, I. Physikalisches Institut durchgeführt. Das Gesamtziel des Vorhabens ist es, die Korrelation zwischen strukturellen und chemischen Eigenschaften der CIGS-Absorber und des pn-Übergangs auf Basis von experimentellen Ergebnissen zu verstehen. Daher wird das Projekt in zwei Teile unterteilt. Im ersten Teil geht es darum, die chemischen und strukturellen Eigenschaften der Ga oder S-reiche Absorber für verschiedene Verarbeitungsparameter zu verstehen. Im zweiten Teil geht es darum, die chemischen und strukturellen Eigenschaften für verschiedene p-n-Übergänge zu verstehen.
Das Projekt "Teilprojekt 1; Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH, Bereich Erneuerbare Energie, Institut für heterogene Materialsysteme durchgeführt. Projektziel ist die Charakterisierung der von den Partnern des Konsortiums hergestellten photokatalytisch-aktiven Materialien zur Untersuchung d. Wasserspaltung zu Wasserstoff und Sauerstoff. Dazu sollen eine Reihe von Standard-Analysetechniken eingesetzt u. modifiziert o. weiterentwickelt werden. Ein Schwerpunkt ist die in-situ-Analytik am BESSY (ISISS-Strahlrohr) für photokatalytische Untersuchungen eingesetzt u. weiterentwickelt werden. Ein zweiter Schwerpunkt ist die Herstellung von Halbleiterheteromaterialien (Komposite) und deren Austestung hinsichtlich der photokatalytischen Wasserspaltung (Device Entwicklung). 1: Wachstum von Halbleiter- Dünnschichten und Analytik/Charakterisierung;AP2: Herstellung und Charakterisierung von Kohlenstoffnitrid-Schichten auf Halbleiter-Dünnschichten; Testreaktionen zur Wasserspaltung;Oxidationschemie;AP3: Herstellung und Charakterisierung von Kohlenstoffnitrid- Nanoschichten auf Halbleitern (u.a. Chalkopyrit-Dünnschichten); Testreaktionen zur Wasserspaltung; Oxidationschemie;AP4: Herstellung und Charakterisierung von Hetero-Halbleiterstrukturen auf der Basis von TCOs und Chalkopyrit; neue Bauelemente und Prototypen. Aufbau eines Teststandes;AP5: In-situ-Synchrotronanalytik/ISISS-Strahlrohr-BESSY/ Koop. AK Schlögl,Beller/Junge, Brückner:- Stabilitätstest und Massenspektrometrie - In-situ PES/XAS-Charakterisierung unter Lichteinstrahlung bei ca.1mbar und Kopplung mit Massenspektrometrie
Das Projekt "Teilvorhaben: Optimierung der Se-Versorgung bei der sequentiellen Herstellung von CIGSSe Dünnschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH durchgeführt. In diesem Teilvorhaben wird angestrebt, die Herstellungskosten von Cu(In,Ga)(Se,S)2 basierten Solarzellen bei gleichzeitiger Verbesserung der Wirkungsgrade zu reduzieren. Ausgangspunkt ist ein industrierelevanter atmosphärischer Selenisierungs- und Sulphurisierungsprozess zur schnellen Deposition von Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGSSe)* Schichten aus metallischen Vorläuferschichten. Die beiden Hauptziele sind: 1.) Entwicklung einer geeigneten thermischen bzw. plasmaunterstützten Aktivierung des während der thermischen Prozessierung von Cu-In-Ga Vorläuferschichten angebotenen Selens, sowie die Erforschung der Auswirkungen auf den Prozess. 2.) Test und Evaluation einer Anlage zur Rückführung von während der thermischen Prozessierung überschüssig angebotenem Selen. *Cu: Kupfer; In: Indium; Ga: Gallium; S: Schwefel; Se: Selen. Das Vorhaben ist in 5 Arbeitspakete (AP) gegliedert. AP1 beinhaltet die Herstellung geeigneter Glas/Mo/Cu-In-Ga Vorläuferschichtstapel mit Elektrodeposition und Magnetron-Sputtern für die sequentielle Prozessierung zu Cu(In,Ga)Se2 Absorberschichten. In AP2 wird eine Anlage für die thermische Aktivierung von Se in eine in-line Anlage des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) eingebaut, getestet und erforscht. Eine weitere separate Anlage für die thermische Prozessierung mittels plasmaunterstützt aktivierten Selens, inkl. integrierter optischer Kontrolle der Aktivierung wird entwickelt, aufgebaut und studiert. AP3 beinhaltet die Erforschung einer gezielten Einbringung von Schwefel in die Cu(In,Ga)Se2 Oberfläche zur Wirkungsgradsteigerung. In AP4 wird eine bereits entwickelte Selenrückführungsanlage in die bestehende in-line Anlage am HZB eingebaut und evaluiert. AP5 hat zum Ziel geeignete CdS und Zn(O,S) Puffer- und ZnO Fensterschichten für die Fertigstellung von Solarzellen und Solarmodulen abzuscheiden. Zentraler Punkt ist die Untersuchung der optoelektronischen Eigenschaften der Bauteile, diese zu evaluieren und mit Prozessierungsparametern zu verknüpfen.
Das Projekt "Massen- und Energiebilanzen fuer die Herstellung von CiS-Duennschichtzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für praktische Energiekunde, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. durchgeführt. Energieversorgungsanlagen auf der Basis regenerativer Energiequellen werden in der oeffentlichen Diskussion die Eigenschaften zugeschrieben, eine besonders umweltfreundliche und unerschoepfliche Energietechnologie zu sein. Allerdings wird dabei haeufig vernachlaessigt, dass die Herstellung der Anlagen, aufgrund der im allgemeinen geringen Leistungsdichte der Energiequellen, mit einem vergleichsweise hohen Material- und Energieaufwand verbunden ist. Ziel dieser Arbeit ist es, basierend auf einer detaillierten Prozesskettenanalyse und Verfahrensbeschreibung, Massenbilanzen fuer Chalkopyrit-Solarzellen zu erstellen, die es ermoeglichen die in einen Prozessschritt eintretenden Stoffe ueber moegliche Umwandlungsreaktionen bis hin zur 'Abgabe an die Umwelt' zu verfolgen. Neben der Belastung der Umwelt mit Rest- und Abfallstoffen aus der Fertigung ist fuer die Bewertung einer energietechnischen Zukunftsoption vor allem der Kumulierte Energieaufwand von Bedeutung. Der primaerenergetisch bewertete Energieaufwand bildet die Basis fuer die Berechnung der energetischen Amortisationsdauer. Anhand der energetischen Amortisationsdauer lassen sich Aussagen darueber treffen, wie effizient eine Energietechnologie ist, d.h. in welchem Zeitraum sich die zur Herstellung aufgewendete Energie durch die Energieerzeugung der Anlage amortisiert hat.
Das Projekt "Teilvorhaben: Selenisierung mittels plasmaaktivierten Selens" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Dr. Eberl MBE-Komponenten GmbH durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist die Optimierung und Weiterentwicklung von industrierelevanten in-line Selenisierungs- und Sulfurisierungprozessen und Anlagen für die schnelle (atmosphärische) Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGSSe)* Deposition für hocheffiziente Solarzellen. Der Fokus liegt dabei auf der Kostenreduktion durch die Verwendung kostengünstiger, bei atmosphärischem Druck betriebenen, Anlagen, als auch der Verwendung von nicht-toxischen Materialien und einer Steigerung der Materialausbeute (reduziertem CAPEX und OPEX). Gleichzeitig wird eine Verbesserung der Wirkungsgrade der entsprechenden Solarzellen angestrebt. MBE-Komponenten entwickelt in diesem Rahmen eine Se-Quelle mit Plasma Cracker Einheit, die neuartige, effizientere Prozessführungen ermöglichen soll. *Cu: Kupfer; In: Indium; Ga: Gallium; S: Schwefel; Se: Selen Im Projekt wird eine Se-Quelle mit Plasma Cracker Einheit konzeptioniert, aufgebaut und getestet. Dazu werden verschiedene Quellenkomponenten neu entwickelt und bestehende Baugruppen weiter optimiert. Zur Untersuchung von Selenisierungsprozessen mit plasmaaktivierten Selen wird vom HZB/PVComB eine Testanlage aufgebaut. MBE-Komponenten wird das Helmholtz-Zentrum Berlin maßgeblich bei der Konzeption und Spezifikation der Anlage unterstützen insbesondere um eine Kompatibilität zur Se-Quelle zu gewährleisten.
Das Projekt "Teilvorhaben: Ertragsoptimierung für CIGSSe aus Durchlaufofen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH durchgeführt. Spezifisch für die CIGS-Technologie soll im Verbundvorhaben eine gezielte Verbesserung der CIGS Absorberbildung mittels industrierelevanter Prozesse, sowie der Wechselwirkungen des Absorbers mit den weiteren Schichten für verbesserte Ertragsparameter im Vordergrund stehen. Weiterhin soll gezielt für CIGS Module eine verbesserte Abbildung des Ertrags in Prognose und Messung erreicht werden. Insbesondere die unmittelbare Verknüpfung der Ertragsparameter mit spezifischen Bauteileigenschaften wie z.B. Bandlückengradient, Rauheit oder Defektdichte im Bauteil wird erstmals untersucht. Der Einfluss dieser Faktoren auf den Temperaturkoeffizienten, auf das Schwachlichtverhalten, auf die Winkelabhängigkeit der Einstrahlung und auf die spektrale Empfindlichkeit wird quantifiziert. Identifizierte Absorber werden zu geeigneten Testmodulen fertiggestellt, die dann in Freifeldanlagen installiert und getestet werden, auch zur Nachstellung gebäudeintegrierter Photovoltaik (BIPV). Als Ergebnis soll eine deutliche Verbesserung der Ertragsparameter der Solarmodule mit industriell umsetzbaren Prozessen gezeigt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Industrieller Kobedampfungsprozess" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Manz CIGS Technology GmbH durchgeführt. 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 Projekt "Subproject: Manz CIGS Technology GmbH" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Manz CIGS Technology GmbH durchgeführt. Dünnschichtsolarzellen auf Basis von Chalkogenid-Absorberschichten sind aufgrund ihres herausragenden Energiewandlungswirkungsgrades von großem wissenschaftlichem und wirtschaftlichem Interesse. Der Nachteil dieser Technologie besteht in der Verwendung von teuren und nur begrenzt verfügbaren Elementen wie Indium und Gallium. Im Rahmen dieses Projektes werden daher zwei Ansätze zur Lösung des Problems behandelt: Deutliche Verringerung der Absorberschichtdicke von Cu(In,Ga)(Se,S)2 und Ersetzung von Indium und Gallium durch die Elemente Zink und Zinn in der Chalkogenidstruktur Cu2ZnSn(S,Se)4. Während für den ersten Ansatz die Herausforderung in der Vermeidung von lokalen Kurzschlüssen und in der optischen Einkopplung liegt, sind mit dem zweiten Ansatz vielfältige festkörperphysikalische und festkörperchemische Fragen verbunden, ist doch über die Kesterithalbleiter bislang die Wissensbasis noch klein. Ziel des Projektes ist es, durch Untersuchung des Chalkogenidschichtwachstums Absorberschichten mit geringem Verbrauch kostenintensiver Elemente zu erforschen und zu entwickeln. Aufgabe der Manz CIGS Technology GmbH ist die Herstellung von Solarzellen und -modulen mit reduzierter CIGS-Absorberschichtdicke auf produktionsrelevanten Flächen bis zu 1200 x 600 mm2. Dies führt neben der Ersparnis der Ausgangsmaterialien zu deutlich verkürzten Prozessdurchlaufzeiten, aber auch zu einem signifikanteren Einfluss der Grenzflächen und Inhomogenitäten auf die Moduleigenschaften. Mit Unterstützung der Laborstudien der Universität Halle sollen die limitierenden Einflussfaktoren aufgezeigt und verstanden werden. Daraus abgeleitete Modellprozesse sollen nachfolgend in der Produktion der Manz CIGS Technology GmbH getestet und im Erfolgsfall eingebunden werden. Das wirtschaftliche Potential soll im Vergleich zu anderen PV-Technologien (insbes. Kesterite) aufgezeigt werden.
Das Projekt "Duennfilm-Gassolarzellen auf der Grundlage von Cu(Ga,In)Se2-Chalkopyrit-Halbleitern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Physikalische Elektronik durchgeführt. Objective: The project aims to realize efficient thin film solar cells with chalcopyrite semiconductors as absorber material. Either single junction devices with optimized bangap or tandem systems are developed. The work is performed in collaboration with the Universities of Parma (Prof. Romeo), Montpellier (Prof. Savelli), Newcastle Polytechnique (Prof. Hill), and ENSC de Paris (Dr. Vedel). General Information: Cu(Ga,In)Se2 thin films are deposited by simultaneous vacuum evaporation of the single elements from special sources. Films with compositions y in the whole range of the quaternary system cugay In1-Y Se2 have been investigated. The optical bandgap varies nearly linearly with composition from 1.04 to 1.68 ev. Only p-type conductivity strongly dependent on the Cu/Ga + in ratio have been observed. Heterojunctions have been fabricated by evaporating Ga-doped (Zn, Cd)S or ZNO films onto the absorber layer. Solar cell efficiencies of cells with compositions Y =0, 0.5, 1 are 8.4, 2.7, 5.8 per cent. First results on films fabricated by selenization of metal films have demonstrated the feasibility of this possibly low-cost method.
Das Projekt "Teilprojekt: CIGS Module für die Anwendung in heißen Klimazonen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH durchgeführt. In der ersten Projekthälfte konnten erstmals Selen-freie Dünnschichtsolarmodule auf Chalkopyrit-Halbleiterbasis mit Wirkungsgraden von bis zu 10 % entwickelt, zertifiziert und in den Fertigungsprozess der Firma Soltecture integriert werden. Solarmodule auf Basis dieses Verbindungshalbleiters Cu(In,Ga)S2 weisen einen sehr geringen, den Jahresertrag stark positiv beeinflussenden Temperaturkoeffizienten der Modulleistung von nur -0.20 %/K auf. Soltecture und seine Verbundpartner HZB und CVO sind darüber hinaus bestrebt, dieses Material für den zukünftigen Einsatz in einer CIS Tandem-Solarzelle weiter zu optimieren. In der zweiten Projekthälfte liegt ein weiterer Fokus auf der Effizienz-, Stabilitäts- und Ertragsoptimierung von mittels Koverdampfung hergestellten CIGSe-Dünnschichtsolarmodulen.
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