CIGS-Dünnschichtsolarmodule für den Außeneinsatz

Dünnschicht-Solarmodule auf Basis von Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Verbindungen, kurz CIGS, sind hocheffizient, kostengünstig und vielseitig einsetzbar. Insbesondere können sie auf Grund ihrer besonderen Eigenschaften nicht nur auf Dächern, sondern auch an Gebäudefassaden eingesetzt werden. Die bauwerkintegrierte Photovoltaik (auf Englisch: Building integrated Photovoltaic, BIPV) bietet vielfältige neue ästhetische Ge­stal­tungs­möglichkeiten. Dadurch lassen sich viele Flächen, besonders in Städten, neu er­schlie­ßen.

Nachdem in vielen Projekten der Wirkungsgrad im Vordergrund steht, geht es dem im Herbst dieses Jahres gestarteten MyCIGS Projekt darum, den Energieertrag unter realen Bedingungen im Außeneinsatz zu optimieren. Hierfür sind neben dem Wirkungsgrad zusätzliche Eigenschaften wie die Temperaturkoeffizienten und die Leistung bei geringer oder diffuser Beleuchtung entscheidend. Auch beim Einsatz von CIGS-Modulen an Fas­saden und Gebäuden spielen diese Faktoren eine große Rolle.

Koordiniert wird das mit rund 3,4 Millionen Euro vom BMBF geförderte Verbundvorhaben vom CIGS-Modulhersteller AVANCIS. Das Photovoltaik-Kompetenzzentrum (PVcomB) am Helmholtz-Zentrum Berlin bringt seine Expertise in das bis September 2020 laufende Projekt ebenso ein wie die AG Energie- und Halbleiterforschung am Institut für Physik der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg und der Lehrstuhl für Elektronik und der Ener­gie­technologie am Department Werkstoffwissenschaften der Friedrich-Alexander-Uni­versität Erlangen-Nürnberg.

„Am PVcomB haben wir langjährige Erfahrungen mit der Charakterisierung und Opti­mie­rung von CIGS-Dünnschichten“, erklärt Dr. Reiner Klenk, der für MyCIGS am PVcomB zuständig ist. Mit den zahlreichen am PVcomB etablierten Messmethoden können zentrale Parameter wie Temperaturkoeffizienten und Schwachlichtverhalten auf physi­ka­lische Prozesse im Solarmodul zurückgeführt werden. Das Forschungsprojekt passt her­vor­ragend zur Strategie des PVcomB, über die Herstellungstechnologien hinaus neue Schwer­punkte im Bereich der Verkapselung, Zuverlässigkeit, Freifeld-Messung und Ge­bäu­de­inte­gration zu setzen.

So wurde gerade im Rahmen des Helmholtz-Zukunftsprojekts Energiesystemintegration eine neue Arbeitsgruppe gegründet, die von Dr. Carolin Ulbrich geleitet wird. Auf einem Freifeld-Teststand des PVcomB kann diese Arbeitsgruppe nun die Energieerträge realer CIGS-Module messen sowie Daten zur lokalen Einstrahlung und Temperatur erheben.

In der Herstellung einzelner Schichten in Solarmodulen verwenden AVANCIS und PVcomB unterschiedliche Technologien und Materialien. Dabei können einzelne Schichten der Projektpartner auch miteinander kombiniert werden. Dadurch entsteht eine breitere Datenbasis, mit der sich der Einfluss der Herstellung auf den Ertrag besser beurteilen lässt.

MyCIGS profitiert außerdem von dem aktuellen Solar-era.net Projekt „PEARL TF-PV“, in dem das PVcomB zusammen mit deutschen, niederländischen und österreichischen For­schungs­institutionen, Modulherstellern und Solarkraftwerksplanern seine Kom­pe­ten­zen in der Fehleranalyse von CIGS-Solarmodulen stärkt.

AVANCIS / HZB / LK