05.02.2020 • Energie

Mehr Strom aus Dünnschicht-Solarzellen

Wirkungsgrad von CIGSe-Solarzellen auf 22,6 Prozent gesteigert.

Dünnschicht­solarmodule benötigen sehr viel weniger Energie für ihre Herstellung als herkömmliche Si-Wafer–basierte Module. Deshalb ist ihre Energy-Payback-Time, in der ein Photo­voltaik-Modul so viel Energie produziert hat wie für seine Herstellung nötig war, viel kürzer. Eine wichtige Material­klasse für die Dünnschicht-PV sind Chalkopyrit-Verbin­dungen aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen (CIGSe). Diese Elemente werden durch Ko-Verdampfung auf einem Substrat aufgewachsen – und da CIGSe das Licht sehr viel besser absorbiert als Silizium, reicht schon eine sehr dünne Schicht aus, um Licht effizient in elektrische Energie umzuwandeln. Im Rahmen des europäischen Forschungs­projekts Sharc 25 gelang es nun, den Wirkungs­grad von CIGSe-Solarzellen von 21,7 Prozent auf 22,6 Prozent zu steigern.

Abb.: Die Arbeiten am EU-Projekt Sharc25 fanden auch im EMIL-Labor statt, wo...
Abb.: Die Arbeiten am EU-Projekt Sharc25 fanden auch im EMIL-Labor statt, wo Dünn­schichten und Materialien mit Röntgen­strahlung von BESSY II ana­lysiert werden können. (Bild: I. Kniest, HZB)

Ein Fokus des Projektes war es, insbesondere die positiven Effekte der Nachbe­handlungen mit Alkali-Elementen wie Kalium, Rubidium, oder Cäsium zu verstehen. Während der Nach­behandlung werden die chemischen und elek­tronischen Oberflächen­eigenschaften des CIGSe-Absorbers verändert. Zusätzlich wandern die Alkali-Atome von der Oberfläche in die Korngrenzen zwischen den CIGSe Kristallen und optimieren so offenbar die elek­tronischen Eigen­schaften der Dünnschicht. So wird etwa die Rekombination von Ladungs­trägern im CIGSe-Volumen verringert. Das funk­tioniert für CIGSe-Schichten, die bei verschiedenen Temperaturen und auf unter­schiedlichen Substraten präpariert werden.

Am EU-Projekt Sharc25 haben elf Forschungs­einrichtungen aus acht Ländern zusammengearbeitet, darunter auch ein HZB-Team um Marcus Bär. Ein wichtiges Ziel war es dabei, die europäische Vorreiter­rolle auf dem Gebiet der Dünnschicht-PV zu sichern. „Dabei gewinnt man in solchen großen EU-Projekten speziell Erfahrung darin, mit Werkzeugen der grundlagen­orientierten Forschung auch Fragen der industrie­nahen Material- und Bauteil­optimierung effizient zu bearbeiten. Das ist ein echter Wettbewerbs­vorteil und wahrt den Erkenntnis- und Know-how Vorsprung“, sagt Bär.

HZB / JOL

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