Effiziente Dünnschichtsolarzelle

Um Solarstrom günstig anbieten zu können, versuchen Wissenschaftler und Ingenieure seit langem, eine preiswerte Solarzelle zu entwickeln, die einerseits hocheffizient ist, andererseits einfach und in großen Mengen produziert werden kann. Nun ist einem Forscher-Team um Ayodhya N. Tiwari von der Schweizer Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) ein Schritt nach vorn gelungen.

Die Forscher stellen eine neue Herstellungsmethode für CIGS-Solarzellen vor, bei der winzige Mengen von Natrium und Kalium in die CIGS-Schicht eingebaut werden. CIGS steht für das Komposit CuIn_1-xGa_xSe₂. Durch die spezielle Behandlung ändert sich die chemische Zusammensetzung der komplizierten Sandwichstruktur – und damit deren elektronische Eigenschaften, wie unter anderem detaillierte elektronenmikroskopische Untersuchungen ergaben.

Dadurch konnten die Forscher den Wirkungsgrad für die Energieumwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität bei CIGS-Dünnschichtsolarzellen auf flexiblen Plastikfolien erneut deutlich steigern – auf einen neuen Rekordwert von 20,4 Prozent, was eine markante Verbesserung darstellt im Vergleich zum bisherigen Rekord von 18,7 Prozent, den das gleiche Team im Mai 2011 aufgestellt hatte. Damit können die CIGS-Zellen – endlich – mit den besten polykristallinen Siliziumsolarzellen mithalten.

Bis vor kurzem waren die Empa-CIGS-Zellen gar die effizientesten weltweit; Ende Oktober hat nun ein deutsches Forscherteam am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) in Stuttgart CIGS-Zellen mit einem Wirkungsgrad von 20,8 Prozent vorgestellt, allerdings mit deutlich höheren Temperaturen bei der Produktion und auf starrem Glas als Trägermaterial. Der knapp überbotene Rekordwert zeigt: CIGS-Dünnschichttechnologien sind ein heißes Forschungsthema.

Empa / PH