Solartechnik
Erfindungen und Projekte mit kostengünstigen Umsetzungen (DI Dr. Friedrich Kröner – Technisches Büro für Physik und Solarenergie-Forschung). Ein Rückblick auf die Arbeiten von Helio-Synth: Engagement seit 1987.
Solardachziegel
Selbstbaugruppen für PV-Solardachziegel in den 90-er Jahren, Menschen mit technischem Interesse bauten und montierten ihre Solardachziegel, deren Lebensdauer größer ist als die der herkömmlichen Module. Zahlreiche Inselanlagen wurden im organisierten Selbstbau errichtet und funktionieren noch heute.
Fraktal-metallische Selektivschicht
Eine spektral-selektive Beschichtung von Kupferblech mittels elektrolytischer Abscheidung mit ungiftigen Chemikalien wurde entwickelt, und mit dem Österr. Staatspreis für Energieforschung prämiert.
Vergleich 2-er Sonnenkollektoren mit einzigem Unterschied in der Selektivschicht (Liniendiagramm):
- GEO-Solar Absorber mit Schwarzchrom (damals Marktführer)
- GEO-Solar Absorber mit Fraktal-Metall (damals billiger um öS 300,- pro Absorber)
GEO-SOLAR Absorber
X / Y – Achse: t(min) / T(°C)
Ion Shower Implantation
Ein Frauenhofer – Infineon Projekt ursprünglich zur Dotierung von Solarzellen gedacht, dass im Jahre 2002 zu den Akten gelegt wurde.
Low Contamination
All components of the ISI – Module which may come in contact with the plasma or the ion beam are made from silicon and quartz. Separate plasma and implantation chamber
- Low co-implantation of unintended species. Reduced ionizing of byproducts like outgassing of photoresist, atoms from surface sputtering.
- Low particle generation
- No surface etching
Low Charging
Field free Faraday chamber around the sample
- No E-Field at the water
- Suppression or secondary electrons
- Use of a E-gun / Plasma flood gun is possible
Dosimatry
- The ion beam allows the use of Faraday cups
- Low pressure down to 10 mbar in the wafer chamber
- Homogeneity control by moveable Faraday cup and comer cups
Ursprüngl. Anregung: „Table Desk Implanter-Konzept von Michael Current, IIT 1990. V V Kröner: Verwendung für RS-Implants Realisierung: FhG IIS-B, Erlangen, aus eigener Kraft:
Photograph of boron and phosphorus ion shower modules in a cluster system.
Einschaltwiderstand eines SFET-Typen mit konventioneller Rückseitenimplantation mit einem konventionellen Hochstromimplanter, der viel mehr kann als nur RS-I² :
Signifikante Reduktion des Ron mit dem I.S.I.: 5e16/cm² sind in 10 sec. implantiert:
Vorteile für eine Solarzellenherstellung
- Kein Umhorden der Wafer nach der naßchemischen Überätzung in das Quarz eines POCl3-Ofens erforderlich
- Dotierung nur auf einer Seite, d.h. eine zusätzliche Bor-Dotierung für ein B.S.F. (Back Surface Field) am selben Fließband realisierbar
- Kein Prozeßschritt für die Trennung des Kurzschlusses zwischen Vorder- und Rückseite der Solarzelle erforderlich.
- Weitere Vorarbeiten des IIS-B, die für eine Solarzellenfertigung anwendbar sind:
Imprint-Technologie mit Acryl-Resist für z.B.
–Maskierung zur Ätzung von inversen Pyramiden
–Maskierung für Grabenätzung von Leiterbahnen
–Maskierung für eine Galvanik zweck Hochleistungs-Metallisierung
Solarzelle mit elektrochemischen Dotier-Antireflexglas
Prinzip
Elektrolytische Abscheidung von Dotierfilmen und Metallen
- keine toxischen und korrosiven Gase
- kein Hochvakuumequipment
- kein Hochspannungs und RF-Equipment
- keine Edelmetallpasten
- handelsübliche Rohstoffe für Verfahren und Equipment
Prototypen
Mit diesen Zellen gebaute Solardachziegel befinden sich am Dach der KELAG-Lehrlingsschule in St. Veit an der Glan.
Zusammenfassung des Prozessflusses
Standardverfahren
- Wafer reinigen und überätzen
- Vorderseitendotierung mit Giftgas
- Abätzen Dotierglas
- RS-Siebdruck Alu-Paste
- Einbrennen Alu-Paste (T 800°C)
- Seitenränder abätzen mit Plasmareaktor
- Antireflexschicht erzeugen mit Plasmareaktor
- RS-Metallisierung Siebdruck Silberpaste
- VS-Metallisierung Siebdruck Silberpaste
- EInbrennen Silberpaste
- Messen und Kontrollieren
Neues Verfahren
- Wafer reinigen und überätzen
- Vorderseitendotierungelektrochemisch
- Rückseitendotierung elektrochemisch
- Ofenprozess und Antireflexschicht
- RS-Metallisierung galvanisch
- VS-Metallisierung galvanisch
- Tempern der MEtallisierungen
- Messen und Kontrollieren
Leistungssteigerung der PV-Zelle durch wissenschaftliche Methodik
Ursprüngliches Ziel: 3 Watt
X / Y – Achse: Maximale Leistung (Pmax) / Leistung (W)
Revidiertes Ziel: 3,6 Watt
X / Y – Achse: Maximale Leistung (Pmax) / Leistung (W)
Solarzellenfeine Bypassdiode
Solarzellenfeine Bypassdiode zwischen zwei Solarzellen-Anschlussbändchen gelötet und isoliert – ein Infineon Projekt.
Bau zweier „Weihnachtsmodule” bei der Fa. SOVELLO in Bitterfeld
Resultate
Beispiel: E18 + F18 heisst die 5. und 6. Zelle der 18. Reihe war abgedeckt
| Abschattungssituation | Maximalleistung | % der Maximalleistung |
|---|---|---|
| unbeschattet | 190,5 W | 100 % |
| F18 | 187,4 W | 98,4 % |
| F17+F18 | 181,2 W | 95,1 % |
| E18+F18 | 182,7 W | 95,9 % |
| A18 bis F18 | 172,4 W | 90,5 % |
| 1/2(A18 bis F18) | 173,6 W | 91,1 % |
| F1 bis F18 | 136,24 W | 71,5 % |
| A17+18 bis F17+18 | 154,1 W | 80,9 % |
| A17+18 bis F17+18 mit einem Gitter | 160,1 W | 84,0 % |
Vergleichsmessung
Ertragsmessung mittels MPPT modulseitig. Beide Module weisen den gleichen Verschattungsverlauf über den Tag auf:
- Morgens unverschattet!
- Ab Mittag Start der Verschattung von der linken unteren Modulecke bis zur Verschattung der gesamten unteren 3 Zellreihen zum Abend
Leistungsvergelich im verschatteten und unverschatteten Modulzustand
Solarziegel „neu“ mit Option solares Kühlen
Projekt in Vorbereitung: Solardachziegel „neu“ mit Option solares Kühlen
Entwicklungsschritte:
- automatische Kontaktierung an einer Steckleiste
- integrierte, seitliche Überlappung
- Ergebnis: Verkaufbarkeit eines Solardachziegels, dessen exzellente Lebensdauer im Feld gewährleistet ist.
- metallische Rückwand mit verbesserter Kühlung
- Ergebnis: Verkaufbarkeit eines Solardachziegels, der bei selber Solarzellenleistung mehr Strom liefert.
- Anbringung eines Flachrohrsystems
- wahlweise: zur aktiven Kühlung oder zum Austreiben eines Kältemittels aus einem Absorbat
- Ergebnis: Solar electric cooling
Derzeitige Aktivität: Erstellung eines Rechenprogramms für Wärme- und Phasenübergänge strömender Medien. Beispiel einer Eingabedatei :
…und zugehörige Ausgabedatei für das Beispiel eines solarelektrischen Absorptionskühlsystems
Start für die experimentelle Tätigkeit!
Ankauf und Abtransport von einigen Tausenden Solarzellen aus Bitterfeld in Eigenregie.
Prinzip
Austausch zwischen Filmströmung und Gasphase: Wärmeübergang durch Verdampfung und Kondensation.
Versuch
Bewiesener Vorteil des Flachrohres: 11. Oktober 1995 am Firmenareal Kanduth.
X / Y – Achse: t(min) / T(°C)