Neuer Weltrekord für CIGS-Solarzellen

Im Wettlauf um eine höhere Stromausbeute von Solarzellen hat das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) einen neuen Weltrekord erzielt. Das Stuttgarter Institut verbesserte den Wirkungsgrad für CIGS-Dünnschichtsolarzellen auf 20,8 Prozent. Der Rekordwert für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie übertrifft erstmals auch die Effizienz der im Markt vorherrschenden multikristallinen Siliziumsolarzellen. Die neuen Forschungsergebnisse aus Baden-Württemberg sollen die Kosten für Solarstrom künftig noch weiter senken.

Die Rekordsolarzelle aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid, kurz CIGS, ist 0,5 Quadratzentimeter groß, eine übliche Größe für Versuchszellen. Sie wurde in einer Laborbeschichtungsanlage mit einem Simultanverdampfungsverfahren hergestellt, das grundsätzlich auch auf industrielle Produktionsprozesse übertragbar ist. „Unser neuer Bestwert zeigt das bislang noch nicht ausgeschöpfte technische und wirtschaftliche Potenzial der CIGS-Dünnschicht-Technologie“, freut sich Prof. Dr. Michael Powalla, ZSW-Vorstand und Leiter des Geschäftsbereichs Photovoltaik.

Der Erfolg des Stuttgarter Wissenschaftlerteams übertrifft deutlich den eigenen Bestwert für CIGS-Solarzellen von 20,3 Prozent auf Glas. Bedeutsamer jedoch ist: Der Wert liegt sogar noch über der Spitzenleistung von 20,4 Prozent für multikristalline Siliziumzellen. Seit knapp 30 Jahren haben die marktbeherrschenden multikristallinen Zellen ihren Vorsprung behauptet – jetzt hat CIGS die Nase vorne. Die Ergebnisse wurden vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE offiziell bestätigt.

Das ZSW arbeitet jetzt daran, den optimierten CIGS-Prozess auf Module zu übertragen. „Bis sich der höhere Wirkungsgrad in der Produktion niederschlägt, kann es noch ein wenig dauern“, erklärt Powalla. „In den nächsten Jahren sind 16 bis 18 Prozent in kommerziellen Modulen aber möglich.“ Marktübliche CIGS-Module verfügen derzeit über einen Wirkungsgrad von 14 bis 15 Prozent – ein Modul hat stets einen niedrigeren Wirkungsgrad als eine einzelne Solarzelle.

Der ZSW-Erfolg ist das Resultat intensiver Forschungsarbeit, die vom Bundesumweltministerium und dem Land Baden-Württemberg über lange Jahre unterstützt worden ist. Letztlich ist es damit gelungen, die elektronische Qualität der Solarzelle zu verbessern. Der Weltrekord unterstreicht die Innovationsfähigkeit des Landes und trägt dazu bei, dass sich Technologien „Made in Baden-Württemberg“ besser gegen die Konkurrenz aus Asien behaupten können.

So bietet zum Beispiel der Industriepartner des ZSW, die Manz AG aus Reutlingen, die schlüsselfertige Produktionslinie CIGSfab für die Herstellung von Modulen mit der neuen Technologie an. Die Anlagen ermöglichen es dem Anwender, CIGS Zellen im gemeinsam von Manz und dem ZSW entwickelten Co-Verdampfungsverfahren herzustellen. Im Vergleich zu Standardsolarzellen spart die Dünnschichtphotovoltaik durch eine mikrometerdünne Beschichtung Material und Energie; für die künftige Produktion ist das ein erheblicher Kostensenkungsfaktor. Experten sind sich daher einig: Die neue Bestleistung zeigt das große Potenzial der CIGS-Technik für eine noch kostengünstigere und effizientere Photovoltaik.

Dieter Manz, Gründer und CEO der Manz AG, freut sich, dass Stuttgarter Solar-Forscher den Weltrekord zurück nach Deutschland holen – für ihn ein Zeichen, dass sich die enge Zusammenarbeit von Grundlagenforschung, Maschinenbauern und Modulherstellern als Standortvorteil auszahlt. „Damit wurde der einzige verbleibende Nachteil von Dünnschichtmodulen gegenüber multikristallinen Modulen aus dem Weg geräumt.“, so Manz. „Die wesentlich kostengünstigere CIGS-Dünnschichttechnologie wird daher schon bald einen deutlich größeren Marktanteil gewinnen.“ Die Manz AG hat die exklusiven Nutzungsrechte an dieser Weltrekordtechnologie und wird sie nun vom Labormaßstab in die Massenproduktion überführen.

Das Signal an die Branche sei klar: „Auf einer CIGSfab können Module deutlich unter den heute in der Branche üblichen Kosten produziert werden. Wirtschaftlicher Solarstrom ohne Subventionen wird dadurch in zahlreichen Regionen der Welt Realität.“ Dass die in der CIGSfab umgesetzte Technologie die Wende für die Solarbranche einzuläuten vermag, sah Manz schon vor einem Jahr. Umso mehr freut ihn der nun erbrachte Beweis: „CIGS Dünnschicht ist effizienter als multikristalline Silizumtechnologie. Dass wir daran einen großen Anteil haben, freut mich besonders.“

Mit dem neuen Weltrekord im Rücken stellt die Manz AG für ihr Solar-Geschäft eine Roadmap vor, die die oben genannten Prognosen des ZSW aufgreift und für Kunden der CIGSfab innerhalb der nächsten vier Jahre Wirkungsgradsteigerungen auf über 16 Prozent für Solarmodule vorsieht. „Damit wird Strom aus CIGS-Dünnschichtmodulen nahezu überall auf der Welt wirtschaftlich und kostengünstig.“, kündet Manz an.

ZSW / Manz / LK