Solar Power 2.0 (Entwicklung kostengünstiger hocheffizienter n-Typ Konzentratorsolarzellen für niederkonzentrierte CPV)

  • Förderer: DLR, Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF, im Rahmen des „Eurostars 2“-Programms, Horizon 2020)
  • Förderkennzeichen: 01QE1511
  • Fördervolumen: 800.000,00 €
  • Laufzeit: 06/2015 bis 09/2016
  • Konsortium: LineSolar und ISC Konstanz
     

Ausgangslage

Das Ziel von Technologieentwicklungen in der Photovoltaik ist die Kostensenkung, um Netzparität zu erreichen. Dies wird immer dringender, da die Anreize auf den verschiedenen führenden PV-Märkten stetig abnehmen – mit der Konsequenz, dass existierende Technologien innerhalb von zwei bis drei Jahren komplett vom Markt verschwinden werden. Wenn jedoch die Produktionskosten, die mit immer komplexer werdenden Zell- und Modulprozessen einhergehen, niedrig gehalten werden können, wird das Streben nach höheren Zellleistungen zu niedrigeren PV-Modulkosten in Euro pro Kilowattpeak führen. Die Ersparnisse der sogenannten „cost of balance of systems“ erlauben dann niedrigere Stromerzeugungskosten (€/kWh).

Derzeit entfallen noch über 50 % der Modulkosten auf die Solarzellen selbst. Konzentratorphotovoltaik ist daher ein vielversprechendes Konzept, das bei hohem Wirkungsgrad die Modulkosten reduzieren kann. Dabei wird das auf die Modulvorderseite einfallende Licht durch Linsen – die idealerweise die gesamte Modulfläche bedecken – auf kleine Solarzellen gebündelt, die für hohe Lichtintensität optimiert sind. Dadurch wird die Anzahl (und Gesamtfläche) der pro Modulfläche benötigten Solarzellen stark verringert. Zusätzlich zum verringerten Siliziumverbrauch können auch komplexere Prozesssequenzen für die Zellherstellung zum Einsatz kommen, ohne die Modulkosten nach oben zu treiben.
 

Ziele

Vor diesem Hintergrund wollen wir mit Solar Power 2.0 die folgenden Innovationen entwickeln und implementieren:

  • Kosteneffektiver Prozess für dünne n-Typ IBC-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 23 % bei einfacher und 26 % bei 40-facher Konzentration
  • Einfaches Linsensystem, das das Licht 40-fach konzentrieren kann
  • Reflektoren, die auch diffuses Licht nutzbar machen können
  • Kostengünstiges Modul mit einem Wirkungsgrad von 26 % und Herstellungskosten von 0,22 €/Wp
     

Beschreibung

Im Rahmen des Solar Power 2.0-Projekts werden innovative Konzentratorsolarzellen aus monokristallinem n-Typ-Silizium (c-Si) entwickelt. Dabei dient ein ausschließlich auf industriellen Prozessen basierendes IBC-Zellkonzept (das am ISC Konstanz entwickelte ZEBRA-Konzept) als Ausgangspunkt.

Im Bereich „Zelle“ werden im Rahmen des Projektes alle relevanten Elemente der Solarzelle in Hinblick auf die Anforderungen bei konzentriertem Sonnenlicht optimiert. Abgesehen von der Optimierung der Dotierungen des Emitters und des Back Surface Fields, werden dabei insbesondere auch verschiedene Technologien für die Herstellung der Metallkontakte untersucht (z. B. Siebdruck und Platierung). Die für das hier entwickelte Solarzellenkonzept zusätzlich erforderlichen Laserprozessschritte werden ebenfalls im Rahmen des Projektes entwickelt und optimiert.

Das andere zentrale Arbeitspaket widmet sich den Elementen, die für die Herstellung eines kostengünstigen Konzentratormoduls mit hohem Wirkungsgrad notwendig sind. Zentrale Punkte sind dabei die Entwicklung eines einfachen Linsensystems sowie eines kostengünstigen Prozesses zur elektrischen Verbindung der Zellen untereinander, der gleichzeitig für einen möglichst hohen Modulwirkungsgrad sorgt.

Die im Solar Power 2.0-Projekt entwickelten Konzentratormodule – mit ihrem Wirkungsgrad von bis zu 26 % und den auf 0,22 €/Wp abgesenkten Modulherstellungskosten – werden eine signifikante Verringerung der Stromgestehungskosten (€/kWh) ermöglichen und damit einen wichtigen Beitrag zur weiteren Verbreitung der Photovoltaik leisten.