Monoscribe Roll-to-Roll Monolithic Interconnection of Customizable Inorganic Thin-film Photovoltaic Modules

Im Rahmen des Projekts wurde eine druckbare, serielle Verschaltung für flexible Dünnschichtsolarzellen entwickelt. Die sogenannte Monoscribe-Verschaltung basiert auf einem ablativen Kurzpulslaserprozess und darauffolgenden additiven Druckprozessen. Durch die konsequente Trennung von Solarzellenprozessen und Solarmodulprozessen können Photovoltaikmodule mit variierenden Spannungen, Formen und Größen ohne zusätzlichen Rüstaufwand hergestellt werden. Darüber hinaus sind geringere Herstellungskosten und höhere Wirkungsgrade im Vergleich zum Stand der Technik realisierbar. Schwerpunkt des Monoscribe-Projekts war die Entwicklung der zugrunde liegenden Druck- und Lasertechnologien für die weitere Hochskalierung und industrielle Umsetzung. Es wurde eine experimentelle Rolle-zu-Rolle-Pilotanlage geplant und konzipiert, die als Plattform für die weitere Entwicklung und Demonstration der Monoscribe-Technologie verwendbar ist. Anhand von Photovoltaikmoduldesigns mit außergewöhnlichen Geometrien wurde die Machbarkeit des Konzepts auf industriellem Niveau demonstriert. In Kooperation mit dem österreichischen Hersteller SUNNYBAG wurden Prototypen für ergonomisch geformte PV-Module für Taschen und Rucksäcke entwickelt.

Ausgangssituation

Dünnschichsolarzellen bestehen aus nur wenigen Mikrometer dünnen Materialien und können großflächig auf unterschiedliche Materialien wie Glas oder Kunststofffolien aufgetragen werden. Ein großer Vorteil von Dünnschichtsolarzellen ist die Möglichkeit eine integrierte Solarzellenverschaltung zu verwenden. Statt der Verbindung der einzelnen Solarzellensegmente (beispielsweise durch Löten) kann eine großflächige Solarzelle in elektrisch isolierte Abschnitte aufgeteilt werden, diese Teile können wiederum durch eine leitende Verbindung verschalten werden. Die meisten Dünnschichtsolarzellen auf Glassubstraten werden durch einen dreistufigen Prozess monolithisch verschaltet, hierbei wird der transparenten Frontkontakt als elektrischer Leiter zwischen den einzelnen Zellen verwendet. Andererseits werden flexible CIGS-Solarzellen noch immer analog zu Silizium-Solarzellen seriell verlötet, in manchen Fällen werden sie auch mit einer sogenannten „Schindelverschaltung“, zurückzuführen auf eine Anordnung vergleichbar mit Dachschindeln, verbunden.
Das österreichische Unternehmen Sunplugged hat eine neue Solarzellenverschaltung entwickelt. Dieses Verfahren ermöglicht die kundenindividuelle Anpassung der PV-Module an die jeweiligen elektrischen und geometrischen Erfordernisse des Kunden.
Durch das Trennen der Vakuumprozesse (zur Herstellung einer Rolle-zu-Rolle (R2R)-CIGS-Produktionslinie) von den Strukturierungsprozessen (Kombination aus Laser- und Druckprozessen) ist die Herstellung von individuell gestalteten Photovoltaikmodulen mit einer individuellen Geometrie möglich.
Mit dem Monoscribeverfahren konnten im Vorfeld des Projekts funktionsfähige Muster im Labor hergestellt werden. Von diesem Ausgangspunkt aus wurden im Monoscribeprojekt die Laser-und Druckprozesse weiterentwickelt.