Nanosolar

Nanosolar, das ist Photovoltaik auf eine völlig neue Weise. In den letzten sieben Jahren haben wir uns mit investiven Mitteln von mehreren hundert Millionen Dollar konstant auf ein Ziel fokussiert: die grundlegende Neudefinition von Design und Produktionsverfahren der Photovoltaik um die versatilsten Solarzellen und Solarmodule zu realisieren.

Zu diesem Zweck haben wir beharrlich wesentliche Innovationen eingeführt und uns stets geweigert, die Limitationen bereits existierender Ansätze und Praktiken zu akzeptieren.

Wir hoffen, dass Ihnen die folgenden Informationen einen guten Eindruck über die technologischen Entwicklungen in unseren Laboren und Fabriken verschaffen werden. Wir sind begeistert, in welcher Weise unsere neuartige Solartechnologie Auswirkungen auf den billionenschweren Energiemarkt haben wird. (Diese Seite wird Sie regelmäßig über Neuigkeiten informieren. Oder registrieren Sie sich für unser News Blog.)

InsideNanosolar

Das Drucken von Solarzellen

Das ultimative Ziel der Solarindustrie ist seit Jahren eine Technologie zu entwickeln, die zu beständiger Produktkostenreduktion bei geringem Kapitaleinsatz für Produktionsmaschinen führt. Man könnte dieses Unterfangen auch als die „Suche nach dem Heiligen Gral“ der Photovoltaik bezeichnen. Es war lange Zeit die ungelöste Frage, wie man einen dünnen Halbleiterfilm – der 100x dünner als ein Silizium-Wafer ist – über einen Druckprozess – der 100x schneller als konventionelle Vakuumprozesse ist – abscheidet und eine effiziente, langlebige Solarzelle erzeugt.

Unser Team hat neueste Erkenntnisse der Nanotechnologie umgesetzt und damit neuartige Nanopartikel hergestellt, die als Grundbestandteile einer Nano-Tinte dienen.

Diese selbstentwickelte Tinte versetzt uns nun in die Lage, eine ganz andere Klasse an maschineller Ausrüstung zu nutzen. Wir produzieren eine Solarzellen- Folie mittels Druckprozessen bei sehr hohen Prozessgeschwindigkeiten, wodurch wir die wirtschaftliche und bewährte Drucktechnik in die Halbleiterherstellung einführen. Dadurch erzielen wir die großen Skaleneffekte der Druckindustrie.

Modulfertigung

Unsere Innovationen sind nicht auf einen einzigen Prozessschritt begrenzt. Nahezu jeder Produktionsschritt für Solarzellen und Solarmodule wurde auf hohen Durchsatz optimiert. Dadurch wurden mannigfaltige Prozess- und Maschineninnovationen angestoßen.

Durch den Einsatz neuester Robotertechnik – im Wesentlichen vollautomatisierter Fertigungskonzepte der Automobilindustrie – und eines neugestalteten Laminationschrittes, werden die Zellen mit hoher Geschwindigkeit und bei hoher Produktqualität zu Modulen verarbeitet.

Unsere Modulfertigung ist auf eine beispiellose Taktzeit von 10 Sekunden pro Modul (640MW pro Jahr) ausgelegt. Auf einer einzigen Produktionslinie.

Unsere Technologieplattform

Die von uns entwickelte Solarzellen-Technologie basiert auf einem CIGS Halbleiter, der auf eine kostengünstige und leitfähige Metallfolie gedruckt wird. Der Halbleiter wird über eine „Metal-Wrap-Through”-Architektur rückkontaktiert, d.h. die generierten Ladungsträger fließen über die Rückseite der Solarzelle ab. Sämtliche Abscheidungsprozesse werden mittels kontinuierlicher Rolle-zu-Rolle Produktionsprozesse ausgeführt.

Wir stehen erst am Anfang eines spannenden Entwicklungsprozesses: Bereits heute ist klar, dass wir erst damit begonnen haben, die vielen Möglichkeiten unserer Technologieplattform auszunutzen. Dabei zeichnen sich schon viele weitere spannende Lösungen ab. (Bewerben Sie sich bei uns, wenn Sie mit uns die Solarindustrie verändern möchten.)

Unsere Solarzellen weisen eine Vielzahl von einmaligen Produkteigenschaften auf: Sie sind leicht, biegsam, einfach miteinander zu verbinden, in fast beliebigen Abmaßen fertigbar und in der Lage, bis zu 25 Ampere pro Zelle zu liefern – im Vergleich mit anderen Dünnschichttechnologieprodukten erreichen wir eine um bis zu 25fach höhere Stromstärke. Diese Eigenschaften ermöglichen uns die Entwicklung von innovativen Solarmodulen, deren einzigartige Vorteile den anwendungsspezifischen Kundennutzen steigern.

Während die Solarzellen in beliebigen Größen gefertigt werden können, liegt unser Standard-Solarzellenmaß bei 165x135mm (diese Abmessungen wurden aus Sicht einer kostenoptimierten Systeminstallation festgelegt):

Wir trennen bewusst die Produktion von Solarzellen und Modulen. Dies ermöglicht uns Neues parallel zu implementieren. Dadurch erzielen wir kürzere Innovationszyklen, können rascher auf neue Markt- und Produktanforderungen reagieren und folglich neue Produkte schneller einführen, ohne dabei die bereits getätigten, substantiellen Investitionen für die Solarzellenfertigung in Frage zu stellen.

Der Nanosolar Produktionsprozess: Schritt für Schritt

Jeder Produktionsschritt ist so ausgelegt, dass ein hoher Durchsatzes erzielt wird. Somit können wir Solarzellen und Module mit deutlich überlegener Kosten- und Kapitaleffizienz herstellen:

1. Nanopartikel. Da ein Mikrometer- dünner Halbleiterfilm hergestellt werden soll, müssen die verwendeten und den Film ausbildenden Nanopartikel noch kleiner sein. Die rechts abgebildeten Nanopartikel haben einen Durchmesser von 20nm, was auch einem Durchmesser von 200 Atomen entspricht. Wir haben eigene Rezepturen und Produktionsverfahren entwickelt, die genau die Klasse von Nanopartikeln erzeugen, mit denen wir die besten Solarzellen fertigen können. Wir stellen die erforderlichen Nanopartikel in großen Mengen her. 2. Nano-Tinte.Die von uns entwickelte Tinte basiert auf einer Spezialchemie, die eine gleichmäßige Verteilung der Nanopartikel in einer qualitativ hochwertigen Dispersion gewährleistet. Diese Dispersion ist stabil, verhindert eine Verklumpung der Nanopartikel und ermöglicht damit Beschichtungen von sehr hoher Qualität.
3. Bedrucken der Folie. Die Nano-Tinte wird mittels eines Hochleistungsbeschichter auf eine speziell präparierte, selbstentwickelte Metallfolie aufgebracht. Diese Metallfolie besteht hauptsächlich aus einer kostengünstigen Metalllegierung. Die Tinte wird mit sehr hohen Durchsatzraten gedruckt. Der Druckprozess findet dabei bei normalen Raumbedingungen statt – wir verzichten bewusst auf aufwendige Reinräume. 4. Ausbilden der Solarzelle. Nach dem Druckprozess ist die Solarzelle noch nicht hergestellt. Die Solarzelle benötigt Kontakte, um den Photostrom abzuleiten. Deswegen müssen weitere Prozesse durchlaufen werden die Kontaktfinger aufbringen und den Rückkontakt vollenden: wir haben innovative Prozesse entwickelt die gegenüber herkömmlichen Solarzellen die auftretenden optischen und resistiven Verluste minimieren. In einem letzten Schritt werden aus der Solarzellenfolie nun Solarzellen in prinzipiell beliebigen Abmaßen ausgeschnitten. Diese Solarzellen werden dann einzeln getestet und nach unterschiedlichen Leistungsklassen sortiert.
5. Modulfertigung. Die Solarzellen werden zu einer Solarzellen- Matrize verschaltet und dann zum Solarmodul laminiert – unsere Automatisierung unterstützt eine Taktzeit von 10 Sekunden pro Modul. Für jedes Modul werden nur Solarzellen einer genau definierten Leistungsklasse verwendet. Somit minimieren sich die sogenannten „Mismatch“ Verluste, die bei Verwendung von Solarzellen unterschiedlicher Leistung entstehen würden, auf weniger als 0,1%. Damit erhöhen wir letztendlich auch die Effizienz und die Betriebssicherheit der Module.

In der Realität gehört natürlich schon etwas mehr dazu: Unsere Solarzelle beinhaltet mehr als 15 verschiedene Materialschichten/Komponenten, einige dieser Schichten sind nur wenige hundert Atome dick.

Mittlere Effizienz bei extrem niedrigen Kosten + intelligentes Produktdesign = Optimaler Kundennutzen

Das Optimum an Kosteneffizienz wird mit der Bereitstellung von Solarzellen mittlerer Effizienz zu extrem niedrigen Kosten erreicht: Solarmodule werden erschwinglich. Dieses Optimum ergibt sich exemplarisch aus der Leistungsdifferenz gemessen am Kosteneinsatz. Der Wirkungsgradunterschied zwischen 15% und 20% Solarprodukten ist nicht so erheblich, verglichen mit dem Unterschied im Kosteneinsatz: hier ist anstelle von 20 USD pro Quadratmeter mit 200 USD pro Quadratmeter bei einem Produkt mit 20 prozentigen Wirkungsgrad zu rechnen – also eine Größenordnung an höheren Kosten. Was wir in die Solarindustrie einführen ist vergleichbar mit Leistungs- und Kostenunterschieden zwischen Fahrzeugen von Toyota und Ferrari.

Auch wenn wir uns schon immer in erster Linie auf extrem niedrige Kosten fokussiert haben, erreichen wir mit unserem Ansatz beachtliche Wirkungsgrade – sie sind zugegebenermaßen besser als unsere eigenen Wissenschaftler vor nicht allzu langer Zeit als überhaupt machbar erachtet haben. Wirkungsgrade unserer Solarzellen in Höhe von 16,4% wurden durch Messungen des National Renewable Energy Laboratory (NREL) verifiziert; und bereits unsere erste Produktgeneration kann Modulwirkungsgrade von bis zu 11% vorweisen. Die technischen Abbildungen und Daten zur NREL Messung sehen Sie hier.

Intelligentes Produktdesign von Solarmodulen spielt eine entscheidende Rolle um sicherzustellen, dass unsere Kunden nicht auf der Systemkostenseite dafür bestraft werden, dass Sie sich gegen Module mit höchstmöglichem Wirkungsgrad entschieden haben. Eine konventionelle Weisheit der Solarbranche besagt, dass ein niedrigerer Wirkungsgrad zu höheren Systemkosten führt. Diese Sichtweise ist eindimensional denn sie vernachlässigt den erheblichen Einfluss eines intelligenten Produktdesigns auf die Systemkosten: Gründliches Verständnis der verschiedenen System-Komponenten, ihre Wechselwirkung und ihrer Rolle als Kostentreiber in Installationen kann die Systemkostenunterschiede vollständig eliminieren.

Technische Publikationen und Produktdatenblätter

	Extrem niedrige Kosten von Solarzellen: Ein Überblick über Zell-Technologie Plattform (im PDF Format) Nanosolar Publikation, September 2009
	The Nanosolar Utility Panel™: Ein Überblick über die Technologie (im PDF Format) Nanosolar Publikation, September 2009
	Datenblatt, Nanosolar Utility Panel™ (im PDF Format)

Veröffentlichungen in Medien

Nanotechnologie liefert die Basisi für eine höhere Kapitaleffizienz (in pdf format), (im PDF Format), Perspektiven im Photon Magazine

Kostengünstige Prozessen in der Hochleistungs-Dünnschicht Photovoltaik (im PDF Format), International PVSEC 2005 Konferenz

Unsere Fabriken

Unsere Solarzellenfertigung in San Jose, Kalifornien:

Unsere europäische Solarmodulfertigung, in der Hauptstadtregion Berlin, Deutschland:

Die Anlage für die Hochtemperaturprozessierung (Rapid Thermal Processing), in der Solarzellenfabrik:

Patente

Wir besitzen über 300 Patente, Patentlizenzen und Patentanmeldungen. Damit haben wir sämtliche sensible Aspekte unserer Technologien geschützt. Das schließt eine Reihe von grundlegenden Schutzrechten wie den frühesten Patenten zu gedrucktem CIGS ein. Wir gehen davon aus, dass ein überwiegender Teil unseres Geistigen Eigentums in Form von wissenschaftlichen und technischen Geschäftsgeheimnissen vorliegt.

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