commercial flexible cigs technology...global solar energy manufacturer of flexible cigs solar...

19
Commercial flexible CIGS technology Global Solar Energy, Inc Urs Schoop IWCIGS Tech 7 June 23 rd 2016, Munich

Upload: others

Post on 10-May-2020

12 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Commercial flexible CIGS technology

Global Solar Energy, IncUrs Schoop

IW‐CIGS Tech 7June 23rd 2016, Munich

2 |

Global Solar Energy

Manufacturer of flexible CIGS solar modules since 1996 

40 MW of production capacity / flexible CIGS

Portable flex products since 2002

PowerFLEX™ – first CIGS flex module certified since 2011

Located in Tucson, AZ USA

Light weight metal foil substrate Continuous Roll‐to‐Roll processing Compact deposition equipment Co‐evaporation, 3‐stage process  Efficient material utilization High yield robust process

3 |

Product AttributesFlexible CIGS Module Rigid Silicon Glass Module

Flexible• Can fit around curved structures• Can be integrated into materials

Rigid• Not bendable• Requires racking to install

Lightweight (< 3 kg/m2)• Enables solar application on light weight roof 

structures• Can be used in applications such as consumer 

goods where weight is a concern

Heavy ( > 3x heavier than flex)• Roofs require reinforcement to support weight

Durable• Won’t break• Resistant to vandalism

Breakable• Can shatter

Bonded directly to surface• Lower installation costs• Wind resistant• Resistant to theft

Requires mounting hardware• Drives up installation costs• Subject to theft• No suitable for high wind load applications

Efficiency quickly increasing• Fast development

Silicon efficiency reaches maturity• Early efficiency lead has narrowed• Efficiency increases slowing

4 |

Stainless steel foil Apply  PV coatings

PowerFLEXTM module Laminate and package

GSE CIGS Flex Module Production

Cell interconnect

Stainless Steel

Molybdenum

CIGS - Absorber

ITO - TCO

+

-

CdS - Buffer

5 |

GSE Champion Efficiency at Scale

17.7%Total area:1.0 cm2

14.7%aperture area:7870 cm2

Scale

14%

16%

18%

16.8%Total area:68.8 cm2

Efficiency

Device

Cell

PowerFlexMini‐module

15.8%aperture area:

575 cm2

6 |

GSE Production Device Efficiency

15.6% median effall production data

March – June 2016unyielded

16.7% median effsingle km web

produced with BKM unyielded

Excellent progress in efficiency roadmap

Production device efficiency shows a 1% increase per year (median, unyielded)

(small area cells, 1 cm2)

7 |

OpticalCIGS500µm

Low Temperature Stage 1 (In,Ga)2Se3 Growth

Before AfterELDevice1cm

Before After

Before AfterSEM(In,Ga)2Se3100µm

Image courtesy bySteve Johnston et.al.

8 |

Optimized Stage 1  – Device PerformanceEf

ficie

ncy_

Perc

0.550

0.600

0.650

0.700

0.750

Voc_

V

SOP Low Temp Stage 1Process

Oneway Analysis of Voc_V By Process

60.0

65.0

70.0

75.0

80.0

Fill_

Fact

or_P

erc

SOP Low Temp Stage 1Process

Oneway Analysis of Fill_Factor_Perc By Process

0.028

0.030

0.032

0.034

0.036

0.038

Isc_

ASOP Low Temp Stage 1

Process

Oneway Analysis of Isc_A By Process

Median efficiency improved by 0.5% in FF and Voc

9 |

Cross Web Ga Ratio

Improved cross‐web composition and device performance with modified process

Optimized Stage 1 (In,Ga)2Se3 Growth

Cross Web Efficiency

SOPOptimized Stage 1 SOP

Optimized Stage 1

10 |

New Cell Interconnection Technology 

ICI is a low cost interconnect method ideally suited for flexible product design 

Decrease product  BOM cost by > 30% 

Increase conversion efficiency by  > 1.5% absolute

Increase product robustness / yield

Enable radical, new product forms

ICI submodule

Integrated Cell Interconnect (ICI) –laminating flexible PV cells to a polymer film 

with patterned metallic conductors 

+ 2% in direct

comparison

11 |

GSE Technology Expansion 

Roll of ICI submodulesRoll lamination

Continuous ICI front sheet

Establish GSE capacity (50 MW / yr)

12 |

Next Generation PowerFlex Module

Improve PowerFlexTM product line by converting to ICI  technology

Current generationPowerFlexTM

‐ string based ‐

Next generationPowerFlexTM

‐ ICI based ‐

Cost material and process limitations> 30% BOM cost savings

on roadmap to meet $/W 0.50 module cost

Power density > 10% more power / area 

Product sizes 100 W / 200 W / 300 W 100 W / 200 W / 300 Wfurther product sizes on roadmap

Product size width: 0.5 mlength: 2 m / 4 m / 6 m

same form factor (plus additional width in future)      …….

Fully certified (IEC and UL) since 2011 submitted

Available Now

13 |

Production Yields 2015 ‐ 2016

Yields PowerFlex ICI

2015 97% 87%**

2016 (ytd) 99% 92.8%

** Initial ICI pilot line production ramp in 2015 included in data

ICI pilot line production rampPowerFlexTM module production yield

Demonstrated maturity of PowerFlexTM manufacturing lineICI manufacturing processes stabilized within 4 months

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

Dez 14 Jul 15 Jan 16 Aug 16

ICI Submodule Actual

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Dez 14 Jul 15 Jan 16 Aug 16

PowerFlex

14 |

Vapor barrier front sheet is the single most expensive module material

GSE BOM Cost Analysis

Module back sheet structure

Adhesive

CIGS Cell

Adhesive

Module Vapor Barrier Front Sheet

Mounting adhesive (optional)

Projected BOM cost structure stabilized at ‐ high volume 100‐300 MW‐ automated low cost ICI manufacturing

Cell25%

Inter‐connect12%

Module63%

Vapor Barrier Front Sheet

BOM cost contribution by functional group

BOM cost contribution by individual materials PowerFlex module 

structure

15 |

Vapor Barrier Requirements for Different Product Lifetime

Product differentiators are light weight and flexibility, but…Low cost vapor barrier options are critical for commercial success

Flexible Modules Lifetime Certified Weight Barrier

PowerFlexTM 25+ years ISO and UL

(2011)

3 kg/m2

(37 W/kg)

< 1‐4 mg/m2/day (38C, 90% RH)

Consumer, non‐grid 3‐10 years

Not required 50 W/kg < 50 mg/m2/day (38C, 90% RH)

5‐10 x lower barrier price ($/m2)

Consumer non‐grid 1‐2 years Not required

US Mil Std 810(2002)

100 W/kg No vapor barrier neededGSE device optimized for stability

16 |

GSE PowerFlexTM Installations Worldwide

PowerFLEXTM module can be attached  to a variety of roofing materials directly,including metal , TPO , EPDM , bitumen , etc.

PowerFLEXTM fully certified since 2011

IEC 61646, IEC 61730

UL1703

C‐UL 1703

CEC‐RPS, CEC, CE

17 |

China  ‐ Beijing Hanergy rooftop

China – Jinan covered parking

USA  ‐ Landfill

Italy  ‐ Milan train station

18 |

Summary

Efficiency and production updateProduction efficiency: 15.6%  

Yield: > 90% for ICI and > 99% for module manufacturing

New interconnect method1.5% efficiency and 30% cost gain

Product flexibility

Cost roadmap to $/W 0.50Cost of vapor barrier is critical

Product updateSince 2011 GSE PowerFlexTM installed in fields worldwide 

http://www.solartuktuk.com/

19 |

Thank you

8500 South Rita RoadTucson, Arizona, 85747, [email protected]