Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Die Empa hat einen Herstellungsprozess für flexible Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) Solarzellen und Module auf Polymerfolien entwickelt. Die Komplexität des Prozesses, sowie die engen Parameterfenster haben eine Differenz des Wirkungsgrades zwischen Labor und Industrie zur Folge. Das Projekt zielt darauf ab, dieses Problem durch die Entwicklung eines neuen Prozesses für CIGS auf Polymerfolien zu lösen, der einfacher, kontrollierbarer und robuster ist, zugleich aber die hohen Leistungen beibehält, wenn nicht sogar verbessert.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Empa has developed a manufacturing process for flexible Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) solar cells and modules on polymer foils. However, process complexity and narrow parameter windows result in a gap between device efficiencies in the laboratory and industry. The project aims to address this issue by developing a new process for CIGS on polymer film that will be simpler, easier to control and more robust, while maintaining or even improving the high performances previously demonstrated.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Die Empa hat ein Herstellungsverfahren für flexible Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) Solarzellen und -module auf Polymerfolien entwickelt. Die Komplexität des Prozesses und die engen Parameterfenster führen jedoch zu einer Kluft zwischen den Wirkungsgraden der Geräte im Labor und in der Industrie. Das Projekt zielt darauf ab, dieses Problem durch die Entwicklung eines neuen Prozesses für CIGS auf Polymerfolie zu lösen, der einfacher, leichter zu kontrollieren und robuster ist und gleichzeitig die zuvor gezeigten hohen Leistungen beibehält oder verbessert.
Der gewählte Legierungsansatz lieferte hervorragende Ergebnisse mit bereits winzigen Ag-Anteilen von etwa 2 % gegenüber Cu (0,5 % insgesamt). Wir haben eine extern zertifizierte Rekord-CIGS-Solarzelle auf flexiblen Polyimid-Substraten mit einem Wirkungsgrad von 22,2 % demonstriert. Ag kann als Vorläuferschicht oder durch verschiedene Varianten der Co-Verdampfung mit einer ähnlichen Wirkungsgradverbesserung von 0,5-1 % eingebracht werden, so dass beide Optionen für die industrielle Umsetzung offen stehen. Im Vergleich zu Ag-freien Zusammensetzungen profitieren die neuen Absorber von vergrößerten Prozessfenstern für eine optimale Leistung in Bezug auf den Ga-Gehalt, die Bandlücke und die reduzierten Abscheidungstemperaturen. Schnellere Abscheidungsraten werden in der kritischen 3. Stufe des Abscheidungsprozesses ermöglicht. Die anderen Abscheidungen, Prozesse und die Kontrollanalytik sind ähnlich effektiv wie bei CIGS, wobei Anpassungen mit leicht reduzierten erforderlichen Alkalimengen und überarbeiteten P1- und P3-Strukturierungsprozessen für monolithische Verbindungen vorgesehen sind. Das Verhalten bei Stresstests ist ausgezeichnet. Abgesehen von der Anpassung an die Modulstrukturierung sind die mit dem neuen Prozess identifizierten Herausforderungen spezifisch für das Labor und nicht relevant für die Herstellung. Das ACIGS-Projekt deutet daher auf eine zuverlässige Verbesserung der photovoltaischen Leistungen, erweiterte Prozesstoleranzen und eine vorläufig niedrige Barriere für die Anpassung bestehender CIGS-Prozesslinien hin.
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Schlussbericht
(Englisch)
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Empa has developed a manufacturing process for flexible Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) solar cells and modules on polymer foils. However, process complexity and narrow parameter windows result in a gap between device efficiencies in the laboratory and industry. The project aims to address this issue by developing a new process for CIGS on polymer film that will be simpler, easier to control, and more robust while maintaining or improving the high performances previously demonstrated.
The chosen alloying approach has delivered excellent results with already tiny Ag amounts of about 2% versus Cu (0.5% overall). We demonstrated an externally certified record CIGS solar cell on flexible polyimide substrates with 22.2% power conversion efficiency. Ag can be incorporated as a precursor layer or by different variants of co-evaporation with similar 0.5-1% efficiency improvement, leaving both options open for industrial implementation. Compared to Ag-free compositions, the new absorbers benefit from enlarged process windows for optimal performance in terms of Ga content, bandgap, and reduced deposition temperatures. Faster deposition rates are enabled in the critical 3rd stage of the deposition process. The other depositions, processes, and control analytics are similarly effective as with CIGS, with adaptations foreseen with slightly reduced required alkali amounts and revised P1 and P3 patterning processes for monolithic interconnections. Behavior during stress tests is excellent. Apart from the adaptation to module patterning, the challenges identified with the new process are specific to the laboratory and irrelevant to manufacturing. The ACIGS project therefore points to a reliable improvement in the photovoltaic performances, widened process tolerances, and a tentatively low barrier for adaptation of existing CIGS processing lines.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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L'Empa a développé un procédé de fabrication de cellules et de modules solaires flexibles en Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) sur des feuilles de polymère. Toutefois, la complexité du procédé et l'étroitesse des fenêtres de paramètres entraînent un écart entre l'efficacité des dispositifs en laboratoire et dans l'industrie. Le projet vise à résoudre ce problème en développant un nouveau procédé pour le CIGS sur film polymère qui sera plus simple, plus facile à contrôler et plus robuste tout en maintenant ou en améliorant les performances élevées démontrées précédemment.
L'approche d'alliage choisie a donné d'excellents résultats avec de minuscules quantités d'Ag d'environ 2 % par rapport au Cu (0,5 % au total). Nous avons démontré une cellule solaire CIGS certifiées sur des substrats flexibles en polyimide avec un rendement record de conversion d'énergie de 22,2 %. L'Ag peut être incorporé en tant que couche précurseur ou par différentes variantes de coévaporation avec une amélioration similaire de l'efficacité de 0,5-1%, ce qui laisse les deux options ouvertes pour une mise en oeuvre industrielle. Par rapport aux compositions sans Ag, les nouveaux absorbeurs bénéficient de fenêtres de processus élargies pour des performances optimales en termes de teneur en Ga, de bande interdite et de températures de dépôt réduites. Des taux de dépôt plus rapides sont possibles lors de la 3e étape critique du processus de dépôt. Les autres dépôts, processus et analyses de contrôle sont aussi efficaces que pour le CIGS, des adaptations étant prévues avec des quantités d'alcali requises légèrement réduites et des processus de modelage P1 et P3 révisés pour les interconnexions monolithiques. Le comportement lors des tests de stress est excellent. Hormis l'adaptation au modelage des modules, les difficultés identifiées avec le nouveau procédé sont spécifiques au laboratoire et sans rapport avec la fabrication. Le projet ACIGS laisse donc entrevoir une amélioration fiable des performances photovoltaïques, un élargissement des tolérances du processus et une faible barrière pour l'adaptation de lignes de fabrication CIGS existantes.
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