Solarer Rekord

Der Photovoltaik wird eine große Zukunft bescheinigt, wenn die Herstellungskosten weiter sinken. Alternativ zu den weit verbreiteten polykris­tallinen Siliziumzellen bieten sich Dünnschicht-Solarzellen an, die sich aufgrund des deutlich geringeren Materialbedarfs billiger herstellen lassen. Ein Beispiel dafür sind CIGS-Dünnschichtzellen, deren Akronym für die Elemente Kupfer, Indium, Gallium und Schwefel oder Selen steht. CIGS-Zellen besitzen einen Absorber mit einer direkten Bandlücke, was ihre Dicke etwa um den Faktor 50 reduziert.

Während Dünnschichtzellen auf Glassubstraten bereits industriell produziert werden, befinden sich CIGS-Zellen auf Polymerfolien noch in der Entwicklung. Wissenschaftler der Schweizer Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt haben nun elastische Zellen mit einem Wirkungsgrad von 18,7 Prozent hergestellt. Den CIGS-Solarzellen dient eine Polymerfolie als Substrat. Die Forscher stellen damit ihren Rekord von 17,6 Prozent aus dem letzten Jahr ein.
Beim vorliegenden Labormuster haben die Zellen eine Größe von rund 0,5 Quadratzentimeter. Sie sind diesbezüglich vergleichbar mit dem CIGS-Rekordhalter des Zentrums für Solarenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Würt­temberg (ZSW), der im vergangenen Jahr auf einem Glassubstrat einen Wirkungsgrad von 20,3 Prozent erreichte. Während auf Glassubstraten Hochtemperaturprozesse bei der Zellfertigung möglich sind, erfordern Polymersubstrate ein Niedertemperaturverfahren.

Die Forscher haben für ihren neuen Rekord drei Dinge verbessert: die Mikrostruktur und damit die Morphologie der CIGS-Schicht, die Gradienten der Gallium- und Indiumkonzentrationen sowie die In-Situ-Dotierung mit Natrium in der Endphase des Niedrigtemperatur-Abscheidungsprozesses – das Natrium verbessert die elektrischen Eigenschaften des Absorbers.

Michael Vogel