»Gemeinsam noch stärker«
PV-Maschinen-Hersteller setzen auf Partnerschaften aus Industrie und Forschung
Ob Dünnschicht oder kristallines Silizium: Nuancen entscheiden im Herstellungsprozess über den Erfolg einer Fertigungstechnik. Um ein optimales Ergebnis zu erzielen, setzen die PV-Maschinenhersteller Manz und Centrotherm auf Kooperationen mit Partnern aus Industrie und Forschung.
Effizientere Solartechnologie bei sinkenden Herstellungskosten »made in Germany« – das ist das Ziel zweier Entwicklungskooperationen von Manz mit verschiedenen Partnern aus der Industrie und der Forschung. Das erste Verbundprojekt ist Manz mit dem CIGS Modulhersteller Würth Solar und dem Stuttgarter Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) eingegangen. Ziel dieses Projekts ist es, die im Rahmen der exklusiven Know-how und Kooperationsvereinbarung mit der Würth Solar lizenzierte CIGS-Dünnschichttechnologie noch schneller weiterzuentwickeln. CIGS-Module erreichen schon heute den höchsten Wirkungsgrad aller Dünnschichttechnologien. Wie die Laborweltrekordzellen des ZSW mit 20,3 Prozent Wirkungsgrad zeigen, ist das Potential für die Steigerung der Wirkungsgrade in der Massenproduktion noch enorm. Die rasche Steigerung der Wirkungsgrade sowie die gleichzeitige Reduktion der Investions- und Produktionskosten sind die vorrangigen Ziele des Projekts. Das Projekt hat ein Gesamtvolumen von rund 12,5 Millionen Euro. Manz erhält in den kommenden vier Jahren vom Bundesumweltministerium eine Fördersumme von insgesamt 3,8 Millionen Euro. Eine weitere Entwicklungskooperation ging Manz mit dem Solarmodulhersteller Schott Solar und dem größten Solarenergie-Forschungsinstitut Europas, dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) ein. Im Mittelpunkt dieses vom Bundesforschungsministerium geförderten Verbundprojekts steht die Entwicklung von Schlüsseltechnologien für die kostengünstige industrielle Massenproduktion von kristallinen Silizium-Solarzellen. Konkret geht es auch hierbei um neuartige Verfahren, welche einerseits dazu beitragen den Wirkungsgrad der Solarzellen zu erhöhen, anderseits aber auch Möglichkeiten eröffnen, die Materialkosten deutlich zu reduzieren. Die Fördersumme des zweiten Verbundprojekts beträgt insgesamt 1,85 Millionen Euro bei einem Gesamtprojektvolumen von 7,7 Millionen Euro.
»Es geht um die internationale Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands in unserer Branche«, sagt Dieter Manz, Gründer und CEO von Manz, »und da konkurrieren wir mit starken Forschungsinitiativen, nicht nur in China.« Für Manz sei eine solche Unterstützung wichtig auf dem Weg zum strategischen Ziel, führender Anbieter voll integrierter Produktionssysteme zu werden, so der Firmenchef weiter. Die Bundesregierung fördert innerhalb der im August 2010 ins Leben gerufenen »Innovationsallianz Photovoltaik« ausgewählte Projekte der Industrie, um möglichst schnell die so genannte Grid Parity der Solarenergie zu ermöglichen, also die kostenseitige Wettbewerbsfähigkeit gegenüber anderen Energiequellen.
18,5 Prozent Wirkungsgrad mit Selektive-Emitter
Mit Hilfe ihrer selektiven Emitter-Technik die Effizienz von kristallinen Solarzellen steigern, das ist das Ziel der Kooperation des Laser-Spezialisten Rofin-Baasel und des PV-Equipmentherstellers Centrotherm: Vor kurzem gelang den Partner mit der selektiven Emitter-Technik ein entscheidender Schritt: Unter Produktionsbedingungen erzielten die Maschinen-Hersteller aus Blaubeuren einen Wirkungsgrad von mehr als 18,5 Prozent und Chargen von bis zu 18,7 Prozent erzielt. Gemessen wurden diese Werte erstmals in der Produktion des chinesischen Solarzellenherstellers Dongfang Magi Solar. Der Laserhersteller und der PV-Fertigungsausrüster arbeiten bereits seit Herbst 2009 zusammen und sind zufrieden mit der bisherigen Entwicklung ihrer Kooperation: »Die Zusammenarbeit mit Rofin trägt gute Früchte. Durch den eingesetzten Rofin-Laser, der nur geringe zusätzliche Investitionskosten erfordert, verbessert sich die Effizienz der Solarzellen deutlich«, erklärt Dr. Peter Fath, Technologievorstand von Centrotherm. »Dadurch sinken die Herstellungskosten pro Wattpeak, und unsere Kunden können ihre Kostenführerschaft ausbauen.« Ein weiterer Vorteil sind die sehr geringen Verbrauchskosten bei der Laser-Technologie. Centrotherm rechnet dieses Jahr mit einem Absatzpotenzial für die selektive Emitter-Technologie im zweistelligen Millionen-Euro-Bereich. Mittlerweile hat Centrotherm die höheren Wirkungsgrade durch Upgrades bei weiteren Zellherstellern in der Massenproduktion nachgewiesen. Bei mehreren asiatischen Kunden wird der selektive Emitter aktuell nachgerüstet. Außerdem wurden Turnkey-Projekte für Produktionslinien mono- und multikristalliner Silizium-Solarzellen mit der selektiven Emitter Technologie erfolgreich abgeschlossen. Mehrere Millionen hocheffiziente selektive Emitter Solarzellen wurden bereits in der laufenden Dreischicht-Produktion hergestellt.
Die mit dem Rofin Laser entwickelte Technologie zur Herstellung von selektiven Emitter-Strukturen erhöht den Solarzellen-Wirkungsgrad um bis zu 0,4 Prozentpunkte. Herkömmliche Emitter weisen eine hohe Phosphorkonzentration auf, die dazu führt, dass ein erheblicher Teil des einfallenden Lichtes in Wärme anstatt Strom umgewandelt wird. Die selektive Emitter-Technologie reduziert diese Verlustwärme deutlich, indem nur in den erforderlichen Bereichen die hohe Phosphorkonzentration per Laser eingestellt wird. Infolgedessen wandelt die Solarzelle mehr Licht in Strom um. Ein weiteres Einsatzgebiet für die Rofin-Laser ist die centaurus-Rückseitentechnologie von Centrotherm. Die neue Rückseitentechnologie ersetzt die Aluminiumrückseite durch eine ganzflächige Passivierschicht mit lokalen Kontakten. Dadurch erhöht sich die Empfindlichkeit für langwelliges Licht, und es wird mehr Strom generiert. Außerdem verbessert sich die Zellspannung. Somit werden Zellwirkungsgrade von deutlich über 19 Prozent erreicht. »Laser sind universelle Werkzeuge für die Materialbearbeitung und eignen sich hervorragend für Anwendungen in der Photovoltaik«, so Stephan Geiger, Geschäftsführer von Rofin-Baasel. »Wir sorgen mit unserem Laser dafür, dass bei der selektiven Emitter-Technologie noch leistungsfähigere Solarzellen entstehen.«
