Einweihung einer innovativen CIS-Dünnschicht-Solarzellen-Testanlage

(CIS = Materialverbindung aus Kupfer, Indium und Selen)

Am 30. März um 14.30 Uhr im Hahn-Meitner-Institut, Berlin In Anwesenheit des Staatssekretärs der Senatsverwaltung für Wissenschaft, Forschung und Kultur, Dr. Josef Lange, des Geschäftsführers der Siemens Solar GmbH Deutschland, Gernot Oswald, und des Wissenschaftlichen Geschäftsführers des Hahn-Meitner-Institut, Prof. Dr. Michael Steiner.

Warum Dünnschichtsolarzellen?

Um langfristig eine Kostendegression bei der Photovoltaik zu erreichen und den hohen Forschungsstand Deutschlands zu halten, müssen verstärkt Solarzellen der nächsten Generation entwickelt und zur Produktion gebracht werden. Dabei handelt es sich unter anderem um die Dünnschichtsolarzellen, deren Erforschung und Entwicklung in Deutschland, aber auch in Japan und den USA mit großem Nachdruck vorangetrieben werden. Aufgrund der gegenüber konventionellen Silizium-Solarzellen um den Faktor 100 verringerten Schichtdicken der Halbleitermaterialien, des geringeren Energieverbrauchs bei der Herstellung und der einfacheren Produktionstechnik für großflächig verschaltete Module, kann nach heutigem Wissen nur mit Dünnschichtsolarzellen ein Modulpreis von unter 1 DM pro Watt erreicht werden.

Siemens Solar als ein Pionier der CIS-Technologie

Die Firma Siemens Solar GmbH mit Sitz in München produziert am Produktionsstandort Camarillo in Kalifornien Dünnschichtsolarmodule aus dem Halbleitermaterial Kupferindiumdiselenid (CIS). Diese Solarzellen wandeln Sonnenlicht mit einem Wirkungsgrad von ca. 10% (bezogen auf die Modulfläche ohne Rahmen) in elektrischen Strom um. Als weltweit erster Hersteller hat Siemens Solar 1998 erstmalig Solarmodule dieses Typs auf den Markt gebracht. Im Rahmen eines globalen Testprogramms installiert Siemens Solar weltweit gleichartige Anlagen mit einer Fläche von jeweils 13,6m2 und einer Leistung unter Standardbedingungen von 1,28 Kilowatt an Standorten mit unterschiedlichsten klimatischen Bedingungen, um das Langzeitverhalten und den langfristigen Energieertrag unter zum Teil extrem unterschiedlichen Bedingungen zu ermitteln.

Bezug zur Forschung des Hahn-Meitner-Instituts (HMI)

Das HMI hat in der Bundesrepublik eine wichtige Stellung bei der Entwicklung von Dünnschichtsolarzellen aus Chalkopyritmaterialien (dazu gehört auch das von Siemens hergestellte CIS). Projekte im Bereich der Grundlagenforschung bis hin zur anwendungsnahen Technologieentwicklung wurden erfolgreich durchgeführt. Auch mit der Einbindung in die Arbeitsgemeinschaft Solare Materialien Berlin/Brandenburg seit 1996 wurde der Technologietransfer im HMI zunehmend wichtiger. Die Errichtung der Siemens-Testanlage ist ein weiterer Schritt in diese Richtung.

Die stärkere Ausrichtung einzelner Forschungsprojekte im Bereich der Dünnschichttechnik auf produktionsrelevante Probleme führt zu einer Intensivierung und Fokussierung auch der wissenschaftlichen Forschung am HMI und zeigt frühzeitig neue, industrierelevante Forschungsfelder in der Dünnschichttechnologie auf. Die enge Verzahnung zwischen Diagnostik und Entwicklung wird künftig noch weiter intensiviert, wenn Anlagen zur Prozeßentwicklung von Dünnschichtsolarzellen am HMI in Betrieb genommen werden.

Warum Dauertests bei Dünnschichtsolarzellen?

Während das Langzeitverhalten bei den konventionellen Siliziumsolarzellen unter realen Einsatzbedingungen (hohe Temperatur, UV-Strahlung, Feuchtigkeit, Frost, mechanische Beanspruchung bei Wind und Hagel) gut bekannt ist und einzelne Hersteller schon 26 Jahre Garantie auf Solarmodule geben, fehlen solche Erfahrungen mit den neuen verschiedenen Dünnschichtsolarzellen noch weitgehend.

Die frühzeitige Evaluierung und Demonstration der Dünnschichtsolarzellentechnik schon während der anlaufenden Pilotproduktion ist daher ein wichtiges Ziel nicht nur der Herstellerfirma Siemens sondern auch der Forschung am HMI. Im Unterschied zu bereits vorhandenen kleinen Testfeldern an Solarenergieforschungsinstituten in Deutschland soll bei der jetzt in Berlin errichteten 1kW-Anlage die Diagnose und Analytik der Module im Vergleich mit weltweit etwa 10 gleichartigen Anlagen im Vordergrund stehen. Die HMI-Anlage ist dabei die einzige in Europa.

Neben der Untersuchung des Langzeitverhaltens werden mit Hilfe von Messungen temperatur- und lichtintensitätsabhängiger Parameter sowie der Ermittlung saisonaler (auch monatlicher, jährlicher) Wirkungsgrade auf der Grundlage dieser Messungen und mit Hilfe verfügbarer Klimadaten auch optimale Einsatzbereiche und -standorte für das CIS-Material aufgezeigt.

Ein anderer wichtiger Arbeitspunkt besteht darin, Aussagen über das Verhalten von Dünnschichtsolarzellen und -modulen in extremen Betriebszuständen zu gewinnen. Hierzu gehören hohe Temperatur-, Durchlassstrom- oder Sperrspannungsbelastungen, die durch Teilabschattungen beziehungsweise elektrischen Ausfall einzelner Zellen oder einer Modulgruppe im Generator entstehen können.


Thomas Robertson

Berlin, 30. März 2000