Ein Forscherteam hat eine Messeinrichtung entwickelt, mit der es möglich wird, die Frontkontaktschichten von Silizium-Dünnschichtmodulen während der Produktion zu charakterisieren. Dadurch können die Hersteller Ausschuss schneller erkennen und ihre Produktionsmethoden weiter optimieren.
Forschern ist es gelungen, eine Messeinrichtung zu entwickeln, mit der sie die Lichtstreuung von transparenten Frontkontaktschichten auf Silizium-Dünnschichtmodulen bereits im Produktionsprozess zu charakterisieren. Damit haben die Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich, der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung und des Herstellers von speziellen Messsystemen für die Produktion von Dünnschichtmodulen LayTec in Berlin einen Meilenstein bei der Herstellung von solchen Dünnschichtmodulen erreicht. Im gemeinsamen Projekt ALPHA suchen sie schon seit 2011 gemeinsam nach einem solchen Messsystem.
Präzise Qualitätskontrolle
Siliziumbasierte Dünnschichtsolarmodule benötigen im Gegensatz zu anderen Dünnschichttechnologien geeignete Lichteinfangmechanismen, um möglichst viel Sonnenlicht in Ökostrom umwandeln zu können. „Spezielle transparente, Licht streuende Frontkontaktschichten, sogenannte Transparent Conducting Oxides (TCO), sind exzellente Lichtfänger“, erklärt Jürgen Hüpkes, Koordinator des Forschungsverbunds ALPHA vom Forschungszentrum Jülich. „Doch bislang fehlten schnelle Messsysteme, um die Qualität der Lichtstreuung während der Produktion verlässlich steuern zu können.“ In der Regel werden die Module mit einem sogenannten Haze beschrieben. Das ist eine integrale Streugröße, die schnell erfassbar ist, aber wenig Aussagekraft über die tatsächliche Gesamtheit der Lichtstreuung und damit der Oberfläche erlaubt. Ein andere Methode ist die winkelaufgelöste Streulichtmessung. Dabei überstreicht ein bewegter Detektor einen gewissen Winkelbereich. Mit der Winkelauflösung haben die Hersteller einen weiteren Parameter, der die Lichtstreuung charakterisiert. Das Verfahren hat aber einen entscheidenden Nachteil: Es ist sehr langsam. „Diese Lücke schließt jetzt das Projekt ALPHA“, sagt Hüpkes. Denn das neue Messsystem erfasst die winkelaufgelöste Lichtstreuung durch ein Kamerasystem und gewährleistet so eine schnelle und präzise Qualitätskontrolle.
Prototyp ist einsatzbereit
Bei ihrer Entwicklung hatten die Wissenschaftler die Praxistauglichkeit ihres Messsystems gleich mit im Auge. Denn der von ihnen entwickelte Laborprototyp ist in der Produktion voll einsatzbereit. Mit den neuen industrietauglichen Messmethoden können die Zell- und Modulhersteller während des Produktionsprozesses Ausschuss früher entdecken und und entsprechend bei der weiteren Herstellung der Module nachjustieren. Damit können sie auch ihren Herstellungsprozess weiter optimieren. „Das spart Geld und steigert die Effizienz von Produktion und Produkt“, betont Hüpkes. Gleichzeitig kann ein solches System als Qualitätsmerkmal sowie als Eingangskontrolle für TCO-beschichtetes Glas bei TCO-Herstellern oder Solarmodulproduzenten dienen. Das Projekt läuft noch voraussichtlich bis zum 30. April 2014. Die Entwicklung des neuen Messsystems wird rund 1,3 Millionen Euro kosten. Gefördert wird ALPHA durch die Innovationsallianz Photovoltaik. Damit kommen die Gelder für die Forschung von ALPHA vom Bundesumweltministerium (BMU) und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. Mit einer Summe von 100 Millionen Euro fördern die beiden Ministerien gemeinsam Forschungs- und Entwicklungsvorhaben von Photovoltaikherstellern, Ausrüstern, Anlagenbauern und Forschungseinrichtungen. (su)
