DuraCIS Advanced global encapsulation solutions for long term stability in industrial flexible CI(G)S photovoltaic technology

Projektverlauf

Sunplugged hat für die Tests und Materialentwicklung bei den österreichischen und internationalen Projektpartnern mehr als 30 Testreihen an funktionierende flexiblen Dünnschichtsolarzellen sowie verschaltete Minimodule für weitere Charakterisierungen und Beschichtungen hergestellt. Die CIGS-Module wurden mit unterschiedlichen Einkapselungsmaterialien und Konzepten bei Sunplugged getestet.
Bei Lenzing Plastics wurden Ionomer-basierte Einkapselungsmaterialien sowie ein rückseitiges Barrierematerial für CIGS-Solarzellen entwickelt. Diese wurden im Rahmen von mehreren Workshops bei Sunplugged getestet.
An der Universität Innsbruck wurden detaillierte Analysen mittels Elektronenmikroskopie in Kombination mit EDX (Energy Dispersive X-ray Analysis) und EBIC (Electron Beam Induced Current) von verkapselten Minimodulen durchgeführt. Mit dieser methodischen Kombination war es möglich den Photostrom und die chemische Zusammensetzung hochaufgelöst darzustellen. Es wurden die Wasserdampf-Barriere-Schichten des spanischen Partner ECOPOL, high-Performance Polymere und die sehr vielversprechenden – mittels Atomic Layer Deposition (ALD) am IPVF in Paris hergestellten – Al2O3 Schichten untersucht.
Für die künftige, geplante kundenindividuelle Massenfertigung von flexiblen Photovoltaikmodulen bei Sunplugged wurden alle Materialien und Barrierestrategien in Bezug auf ihre Hochskalierbarkeit und industrielle Übertragbarkeit evaluiert. Wesentliche Faktoren dabei waren die erreichbaren Barriereeigenschaften, die Kompatibilität mit industriell verfügbaren Produktionsanlagen und die erreichbaren Kosten.

Meilensteine

1. Erfolgreiche Abscheidung extrem dünner Schichten mittels Atomic Layer Deposition (ALD) auf flexible Dünnschichtmodule
2. Entwicklung einer kostengünstigen und stabilen Lösung mit ionomerbasierten Einbettungsfolien des Projektpartners Lenzing Plastics
3. Wissensaustausch zwischen europäischen Akteuren im Bereich von flexiblen CIGS-Dünnschichtsolarzellen
4. Gründung langfristige Kooperationen (z.B. Raman Spektroskopie mit IREC,Materialien von Lenzing Plastics)

Ergebnisse

Für einen kurz- bis mittelfristigen Einsatz ist mit dem Verbund aus einem Einbettungsmaterial auf Ionomerbasis der Fa. Lenzing Plastics im Projekt eine wirtschaftlich akzeptable Lösung gefunden worden, mit der kostengünstige transparente Frontsheets mit geringer Barrierewirkung eingesetzt werden können. Die Preise für diese kostengünstigen Frontsheets liegen bei 15 Euro pro Quadratmeter und erlauben gemeinsam mit dem Ionomer-Einbettungsmaterial und einer dispensbaren Randversiegelung eine kostenmäßig akzeptable Lösung im Bereich von 22-25 Euro pro Quadratmeter. Längerfristig bietet das Anbringen einer ALD-Schicht weiteres Einsparungspotenzial.
Hierzu ist allerdings noch zusätzliche Entwicklungsarbeit notwendig. Durch die Verwendung von ALD-Schichten können noch günstigere Frontsheets verwendet werden. Zusammen mit einem metallischen Substrat sowie einer dispensierbaren Randversiegelung sind 15 Euro/qm für eine stabile und dauerhafte Verpackung von flexiblen CIGS-Photovoltaikmodulen erreichbar.