Dünnschicht-Photovoltaikmodule basierend auf einem CIGS-Absorber sind bereits auf dem Markt erhältlich und zeigen eine Rekord-Leistungsumwandlungseffizienz von bis zu 16,5%. Sowohl auf Modul- als auch auf Zellebene ist die CIGS-Effizienz auf dem gleichen Niveau wie kristalline Siliziumzellen (c-Si): 22,6% für CIGS gegenüber 25,3% für c-Si. Im Vergleich zu c-Si hat CIGS viele Vorteile, wie z.B. eine reduzierte Temperaturempfindlichkeit, ein besseres Schwachlichtverhalten und eine geringe Schattierungsempfindlichkeit, die für verschiedene klimatische Bedingungen und für den Einsatz in bebauten Umgebungen attraktiv sind. Überdies sind die Kosten der CIGS-Module auf dem Level von c-Si, aber bei einem deutlich niedrigeren kumulativen Produktionsvolumen, was eine Marge für eine drastische Kostensenkung entlang der CIGS-Lernkurve ermöglicht. Die CIGS-Technologie ist auch mit kostengünstigen flexiblen Substraten wie Polyimid kompatibel, was den Durchsatz vergrößern und weitere Anwendungen in neuen Marktgebieten wie der Automobilindustrie ermöglichen kann. Der Wirkungsgrad von flexiblen CIGS-Modulen auf Polyimid-Substraten liegt derzeit bei ca. 14%.
Sunplugged verfolgt eine CIGS, R2R Entwicklung auf Polyimidsubstrat. Die derzeit beste Effizienz des Unternehmens beträgt 11% auf Zellebene und steigt stetig mit der Verbesserung des Absorbers an, der mit einem einzigartigen Hybrid-Sputter / Co-Verdampfungsansatz verarbeitet wird. Ebenfalls entscheidend für die Zelleffizienz sind die Heteroübergangseigenschaften zwischen der p-CIGS und der n-Typ-Pufferschicht. Cadmiumsulfid (CdS) wird überwiegend als Puffer verwendet und in einem chemischen Bad-Prozess abgeschieden. Der Erfolg von CdS ist auf die spezifische induzierte Grenzflächenchemie zurückzuführen, was zu großen Leerlaufspannungen und Füllfaktoren führt. Auf der anderen Seite verursacht CdS optische Verluste im UV aufgrund seiner geringen Bandlücke (beeinflusst den extrahierten Strom) und Cd wird als hochgiftig eingestuft. Parallel dazu versucht Sunplugged, die CBD (chemical bath deposition, oder chemische Badabscheidung) durch Sputterabscheidung zu ersetzen, um damit die gesamte Zellherstellung im Vakuum zu bewerkstelligen. Dies verringert die Verunreinigung des Absorbers und erspart zusätzliche Kosten im Zusammenhang mit der Verwaltung von Cd-kontaminierten CBD-Abfällen. Gleichzeitig wird angenommen, dass sich mit der Vakuumabscheidung auch die Pufferdickenhomogenität verbessert.
Inspire wird sich mit den oben erwähnten Problemen auseinandersetzen, indem gesputterte und Cd-freie Puffer basierend auf Zn(O,S), ZnMgO und TiO2, welche energetisch mit CIGS übereinstimmen, entwickelt werden. Darüber hinaus bieten Zn(O,S) und ZnMgO durch ihre Zusammensetzung die Möglichkeit, die Energie-Level so abzustimmen, dass sie genauer mit verschiedenen Zusammensetzungen des CIGS-Absorbers übereinstimmen. Obwohl viele Berichte über Zn(O,S) und ZnMgO vorliegen, streuen die Ergebnisse stark aufgrund von verschiedenen Abscheidetechniken. Die Literatur zeigt, dass diese Puffer das Potenzial haben genauso hohe Wirkungsgrade wie mit CdS zu erreichen. Auf der anderen Seite gibt es keine Berichte über gesputterte TiO2-Puffer, nur einen einzigen Bericht über ALD-TiO2, der das große Potential dieses Puffers zeigt.
Der Erfolg des Projekts bei der Entwicklung einer Cd-freien, gesputterten Pufferschicht durch sorgfältige Dünnschicht-verarbeitung und Heterojunction-Engineering ermöglicht es Sunplugged, eine Rolle-zu-Rolle und ausschließlich Vakuum-basierte Produktionslinie von flexiblen CIGS-Solarzellen, mit angepeilter Effizienz von über 12%, zu erreichen.
Projektleiter: Dr. Theodoros Dimopoulos
