Externally Funded Projects

Entwicklung eines robusten großformatigen Parabolrinnenreflektors

Das Ziel des Vorhabens ist es, ein neues Herstellverfahren für großformatige, laminierte Glasspiegel zu entwickeln und die Machbarkeit durch die Fertigung von prototypischen Parabolrinnenspiegeln nach-zuweisen. Das neuartige Spiegelkonzept sieht vor, dass der Spiegel aus einem nach innovativem Biegeverfahren präzise gebogenen Trägerglas aufgebaut wird. Auf dieses gebogene Trägerglas wird ein dünnes im PVD-Verfahren spiegelnd beschichtetes Flachglas kalt gebogen laminiert. Der zu entwickelnde Parabolrinnenspiegel wird damit eine höhere Reflektion im Vergleich zu kommerziellen Parabolrinnenspiegeln aufweisen.

Sputtern von passivierenden Kontakten basierend auf der TOPCon Technologie mit industrieller Anlagentechnologie Teilvorhaben: In-situ Sputterprozesse hochdotierter Poly-Si-Schichten

In den technologischen Roadmaps vieler Photovoltaikfirmen steht nach der Industrialisierung der PERC Zelle als zukünftiger Entwicklungsschritt die Integration von ganzflächig passivierenden selektiven Rückseitenkontakten, sowie längerfristig die Entwicklung von siliziumbasierten Tandemsolarzellen. Für beide Konzepte sind ladungsträgerselektive Kontaktsysteme eine Schlüsseltechnologie. Im Vorhaben steht die in-situ Abscheidung von n-dotierten Si-Schichten per Kathodenzerstäubung im Vordergrund, welche nachweislich Zellwirkungsgrade von ≥ 23,5 % in Solarzellen mit TOPCon-Strukturen, aber diffundiertem Emitter erreichen. Im Projekt erfolgt die Entwicklung einer industriell umsetzbaren Prozessfolge zum Aufbau des TOPCon- Schichtstapels, aufbauend auf einem kristallinen Si-Substrat bestehend aus einem vorzugsweise nasschemischen Grenzflächenoxid und einer dotierten polykristallinen Silizium-Dünnschicht und optional einem Siliziumnitrid basierend auf der durch PVD zur Verfügung stehenden Hochdurchsatzanlagentechnologie. 

Steigerung der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien durch Metall- Polymer-Komposit-Stromkollektoren

Ziel von PolySafe ist es, die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien durch den Einsatz neuartiger Stromkollektoren zu steigern. Im Fokus stehen dabei Metall-Polymer-Komposit-Stromkollektoren, die das thermische Durchgehen von Batteriezellen verhindern und damit die Brandgefahr verringern. Die Machbarkeit der Herstellung der Metall-Polymer-Stromkollektoren wurde bereits gemeinsam von der VON ARDENNE GmbH und dem Fraunhofer FEP im Rahmen des sächsischen Forschungsvorhabens PolyCollect demonstriert. Allerdings existieren bisher zu wenige Daten aus Prototypzellen mit diesem Material, weshalb die anwendungsnahe Evaluation dieser Technologie noch aussteht. Neben der Integration der hergestellten Metall-Polymer-Stromkollektoren in Batteriezellen wollen die Projektpartner Aluminium- bzw. Kupfer-Polymer-Stromkollektoren dediziert an die Anforderungen des jeweiligen Zelldesigns anpassen und optimieren.

Anwendung von Hybriden Materialien zur Spektralbereichserweiterung in optischen Anwendungen Teilthema: Anlagentechnik für hochpräzise Magnetron-Abscheideprozesse

Das Ziel des Gesamtprojektes ist es, neue Materialklassen auf Basis von Hybridmaterialien zu realisieren, deren fundamentale optische Eigenschaften gegenüber bisherigen Materialien verbessert sind. Die Verwendung dieser neuartigen Materialklassen stellt sehr hohe Anforderungen an die Abscheidetechnologie, da Strukturdicken im Sub-Nanometerbereich gefordert sind, die um ca. 1-2 Größenordnungen unter den bisher üblichen Werten liegen. Gleichzeitig sind die wirtschaftlichen Anforderungen an den Herstellungsprozess zu beachten. Für die VON ARDENNE GmbH besteht das Ziel des Teilvorhabens darin, technische Lösungen zu entwickeln und durch die technische Adaption einer vorhandenen Fertigungsanlage mit Magnetronsputter- Technologie sowie Implementierung einer geeigneten Prozesssteuerung bzw. -führung die Herstellbarkeit solcher neuartigen Hybridmaterialien für verschiedene Materialkombinationen zu ermöglichen und zu demonstrieren.

Demonstration von massenfertigungstauglichen Perowskit/Silizium Tandem-Solarzellen mittels PVD Abscheidung – Erweiterung der KOALA-Anlage Teilthema: Prozesstechnologie für die Abscheidung von TCO-Fensterschichten für Si-Perowskit-Tandemzellen

Das Ziel des Vorhabens besteht darin, verbesserte, skalierfähige Prozesse für die Vakuum-Abscheidung von Perowskit-Solarzellen zu entwickeln. Parallel dazu werden die dafür notwendigen Abscheidetechnologien und anlagenbezogenen technischen Lösungen erarbeitet. Aufbauend darauf wird an einer gemeinsam von Creaphys und VON ARDENNE konzipierten PVD-Clusteranlage der gesamte Top-Zell-Prozess am HZB verifiziert. Ein Schwerpunkt der Arbeiten konzentriert sich auf die Abscheidung von TCO-Fenster- Schichten auf Perowskit-Absorbern mittels der industriell erprobten und hochproduktiven Sputter- Technologie. Da der Sputterprozess zu einer Materialschädigung des darunter liegenden Perowskit- Absorbers führen kann, ist ein besonderer Schwerpunkt des Vorhabens darauf ausgerichtet, den Einfluss der Degradationsprozesse zu identifizieren und technisch-technologische Lösungen zu deren Minderung bzw. Vermeidung entwickeln.

Perowskit auf Q.antum Tandemzellen

Das Ziel des Vorhabens PeroQ ist die Entwicklung und der Transfer einer Technologie für Perowskit/Silizium Tandemsolarzellen basierend auf der Bottomzell-Technologie von Qcells. Zusammen mit den Projektpartnern sollen die in der Topzelle zum Tragen kommenden Aufdampf- und Sputter-Prozesse weiterentwickelt werden. Als ein vielversprechender Lochkontakt (HTL) für Perowskit-basierte Solarzellen wird gesputtertes Nickel-Oxid (NiO) entwickelt. In Zusammenarbeit mit GfE als Targethersteller soll ein kommerziell nutzbares keramisches NiO Rohr-Target qualifiziert werden. Ein wichtiger Entwicklungsschwerpunkt ist der optische und elektrische Kontakt zwischen den beiden Teilzellen, der u.a. durch Einbau einer Zwischenschicht verbessert werden soll. Im Rahmen der Prozessqualifizierung der entwickelten Technologie auf 6-Zoll Wafer-Basis wird die Demonstration einer 27% Zelleffizienz angestrebt.

Skalierbare Hochratenprozesse für die Vakuumabscheidung von Perowskit-Tandem-Solarzellen

Das Vorhaben SHAPE verfolgt das technologische Ziel, Hochratenprozesse sowie Anlagenkomponenten und Ausgangsmaterialien für die skalierbare Dampfphasenabscheidung von Perowskit-Solarzellen im Hinblick auf zukünftige Gigawatt-Skala-Produktionsstätten zu entwickeln. Im Fokus des Teilvorhabens stehen die bei VON ARDENNE GmbH als Anlagenbauer verfolgten Verfahren der Dampfphasenabscheidung. Dabei werden in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern verschiedene Lösungskonzepte zu Verdampfungsquellen, sowie der Prozessführung im Hinblick auf eine im GWMaßstab skalierungsfähige Technologie entwickelt, untersucht und vom wirtschaftlichen Aspekt auf ihre Umsetzungsfähigkeit bewertet. Im Ergebnis der theoretischen Arbeiten entsteht dabei ein Konzept für eine Umsetzung der technischen Lösungen im Pilotmaßstab, die erst eine tragfähige Bewertung der benannten Umsetzungsrisiken ermöglichen kann.

Pilot line for European Production of PEROvskite-Silicon Tandem modules on Industrial scale

PEPPERONI ist ein vierjähriges Forschungs- und Innovationsprojekt, das von der Europäischen Union im Rahmen von Horizon Europe kofinanziert und vom Schweizer Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation unterstützt wird und am 1. November 2022 startete. PEPPERONI wird die Perowskit-/Silizium-Tandem-Photovoltaik (PV)-Technologie in Richtung Markteinführung und Massenproduktion weiterentwickeln. Dem PEPPERONI-Konsortium gehören 17 Partner aus 12 europäischen Ländern an. Es vereint Wissen und Erfahrung von der Grundlagenforschung über die Erprobung und Entwicklung von Solarzellen im kleinen Maßstab bis hin zur industriellen Fertigung großer Solarmodule im Hochdurchsatzverfahren. Im Rahmen von PEPPERONI wird am europäischen Hauptsitz von Qcells in Thalheim, Deutschland, eine Pilotlinie für die Entwicklung von Tandemzellen und -modulen in Industriequalität eingerichtet, die innovative Anlagen, Prozesse und Materialien zur Herstellung von hocheffizienten Tandemzellen und -modulen umfasst. Schwerpunkt des Teilvorhabens ist die Skalierung der PVD-Beschichtungsverfahren für die Tandemzelle im Pilotmaßstab. Der Ansatz von PEPPERONI verspricht einen schnellen und wettbewerbsfähigen Weg zur Massenproduktion von PV-Modulen mit hoher Leistung und langer Lebensdauer.