09.09.2021 • Energie

Effizient und flexibel

CIGS-Solarzellen erzielen neuen Wirkungsgradrekord.

Eine Forschergruppe der Empa hat den Wirkungsgrad von flexiblen Solarzellen auf einen neuen Rekordwert angehoben. Unabhängige Messungen ergaben einen Wert von 21,4 Prozent, wenn diese Art von Solarzellen Licht in elektrischen Strom umwandeln. Zum Vergleich: Der beste Wirkungs­grad einer herkömmlichen (nicht biegsamen) Solarzelle aus kristallinem Silizium liegt bei 26,7 Prozent.

 

Abb.: Flexible CIGS-Solarzellen enthalten eine Halbleiter-Verbindung aus den...
Abb.: Flexible CIGS-Solarzellen enthalten eine Halbleiter-Verbindung aus den Elementen Kupfer, Indium, Gallium und Selen. Die dünnen Schichten werden auf flexible Polymer­substrate aufgebracht, hauptsächlich durch Vakuum­verfahren. (Bild: Empa)

Die Details der Forschungs­leistung stellte Romain Carron, Gruppenleiter im Empa-Labor für Dünnschichten und Photovoltaik unter Leitung von Ayodhya N. Tiwari, auf der „38th European Photovoltaic Solar Energy and Conference and Exhibition (EU PVSEC)“ vor, die dieses Jahr virtuell stattfindet.

Hocheffiziente flexible Solarzellen werden mittels einer Niedrig­temperatur-Verdampfungs­methode auf einer Polymerfolie hergestellt. Auf der Folie scheidet sich das licht­absorbierende Halbleitermaterial Cu(In,Ga)Se2 als hauchdünner Film langsam ab. Der Empa-Forscher Shiro Nishiwaki optimierte die Zusammensetzung der Schicht und der Alkali-Dotierstoffe, um den Wirkungsgrad (weiter) zu erhöhen.

Die Forscher untersuchten die Auswirkungen einer kombinierten Wärme- und Lichteinwirkung nach der Verarbeitung der Solarzellen und stellten eine Steigerung der Photovoltaik­leistung fest, die auch nach mehreren Monaten stabil bleibt. Der Wirkungsgrad der Solarzellen von 21,38 Prozent wurde von unabhängiger Seite am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg bestätigt.

Tiwari und sein Team forschen seit mehr als zwanzig Jahren an flexiblen Dünnschicht­solarzellen. Mit ihrem profunden Wissen über die Technologie und die zugrundeliegenden physikalischen Prozesse haben sie im Laufe der Jahre mehrere Wirkungsgrad­rekorde erzielt. Sie begannen mit 12,8 Prozent im Jahr 1999, erreichten 14,1 Prozent (2005), 17,6 Prozent (2010), 18,7 Prozent (2011), 20,4 Prozent (2013) und 20,8 Prozent im Jahr 2019.

Flexible und leichte Solarmodule mit dieser Technologie eignen sich besonders für Anwendungen auf Dächern und Fassaden von Gebäuden, für Gewächshäuser, Transport­fahrzeuge, Luftschiffe und tragbare Elektronik. Die Empa arbeitet mit der Schweizer Firma Flisom, einem Spin-off der Empa und der ETH Zürich, an der Rolle-zu-Rolle-Herstellung von leichten, flexiblen Solarmodulen für derartige Anwendungen.

Empa / DE

 

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