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.
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
