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.
Das Ziel des Gesamtvorhabens ist die industrielle Erforschung und Entwicklung verbesserter Herstellungsmethoden von Photovoltaikmodulen, um diese in variablen Größen und Farberscheinungen gemäß den Kundenanforderungen anzupassen und auch bei kleinen Stückzahlen noch kostengünstig herzustellen. Die hierfür zu entwickelnde Technologie 'panel-on-demand' zielt auf die nachträgliche Bearbeitung halbfertiger Photovoltaikplatten, zum einen bezüglich der Farbgebung mit speziell angepassten Kontaktschichten, und zum anderen bezüglich der Laserbearbeitung zur monolithischen Modulverschaltung und Anpassung der Größe der Module. Aus der vom Konsortium angestrebten Technologieentwicklung, Prototypenherstellung und abschließenden Feldteststudien ergeben sich neue Produkte, die für eine Vielzahl von Nischenanwendungen für die Gebäudeintegrierte Photovoltaik (engl.: Building Integrated Photovoltaics, BIPV) Verwendung finden können. Um das Potential dieser Technologie ausgiebig zu untersuchen, werden vier verschiedene BIPV-Anwendungen entwickelt und getestet: Ein Fassadensystem, ein Dachsystem für Neubauobjekte, ein Dachsystem zur Renovierung von Bestandsobjekten, sowie PV in Doppel-Isolierglas.
Das Vorhaben hat zum Ziel, die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen CIGS-Solarindustrie, d. h. Modulhersteller, aber auch der dazugehörige Maschinenbau, zu internationalen Konkurrenten und zur dominierenden Si-Solartechnologie zu gewährleisten. Hierfür ist ein vertieftes Verständnis der Halbleitereigenschaften von CIGS-Dünnschichtsolarmodulen, hergestellt mittels industriell relevanter Ko-Verdampfungs- und sequentieller Prozesse, nötig. Das Ziel des hier beantragten Teilvorhabens besteht darin, den Einfluss der Prozessparameter während des Absorberschichtwachstums auf chemische Gradienten und Bildung von strukturellen Defekten sowie deren Auswirkungen auf die optoelektronischen Eigenschaften und Solarzellenwirkungsgrade zu bestimmen. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse sollen in Zusammenarbeit mit den Verbundpartnern gezielte Prozessoptimierungen ermöglicht werden, die zu einer Steigerung der maximalen Wirkungsgrade führen.
Eine Schlüsselrolle bei der Steigerung des Wirkungsgrades von CIGS-Zellen spielt der pn-Übergang zwischen CIGS und Puffermaterial. Durch quantenmechanische Rechnungen auf Grundlage der Dichtefunktionaltheorie soll dazu beigetragen werden, dass der Einfluss der Absorber-Puffer-Grenzfläche auf den solaren Wirkungsgrad aufgeklärt und Maßnahmen zur Erhöhung des Wirkungsgrades erarbeitet werden. Durch die theoretischen Untersuchungen der Grenzfläche zwischen Absorber und Puffermaterial sollen Grenzflächenstruktur, Defekteigenschaften und elektronische Eigenschaften und Interdiffusionsmechanismen aufgeklärt werden. Hierzu wird die Beschaffenheit verschiedener Absorber/Puffer (In2S3 und Zn(O,S)) Grenzflächen untersucht. Die Rechnungen liefern gleichzeitig Information über die elektronische Struktur der Grenzfläche, d. h. Bandanpassung und Lage des Ferminiveaus, über den Einfluss von Diffusionsvorgängen und grenzflächeninduzierten Dehnungen.