Robert Klatt
Die Wirkungsgrade starrer Solarzellen aus kristallinem Silizium und flexibler Solarzellen auf Polymerbasis nähern sich immer mehr an. Dies eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten.
St. Gallen (Schweiz). Der maximale Wirkungsgrad starrer Solarzellen aus kristallinem Silizium liegt bisher bei 26,7 Prozent. Bei flexiblen Solarzellen auf Polymerbasis wurde im Jahr 2019 ein Rekordwirkungsgrad von 20,8 Prozent erreicht. Weitere Verbesserungen bei den Komponenten und den Herstellungsverfahren der organischen Solarzellen haben in den letzten Jahren jedoch dazu geführt, dass sich die Wirkungsgrade von flexiblen Solarzellen und Solarzellen aus kristallinem Silizium immer weiter ernähren. Dies eröffnet neue Nutzungsmöglichkeiten der Photovoltaik wie die Integration der leichten und biegsamen Zellen in Textilien und anderen flexible Stoffe.
Wissenschaftler der Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben nun mit einer flexiblen Dünnschicht-Solarzelle einen neuen Rekordwirkungsgrad von 21,4 Prozent erreicht. Bestätigt wurde dies durch eine unabhängige Prüfung am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg.
Die Basis bildet eine Solarzelle mit den Halbleitern Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS-Solarzelle). Deren Halbleiter werden mit einer Niedrigtemperatur-Verdampfungsmethode auf einen Träger aus Kunststoff aufgedruckt. Dabei bildet der lichtabsorbierende Halbleitermaterial Cu(In,Ga)Se2 einen dünnen Film auf der Polymerfolie.
Erreicht wurde der höhere Wirkungsgrad der neuen CIGS-Solarzelle durch eine Optimierung der Alkali-Dotierstoffe und der Halbleiter-Schicht. Zusätzlich testeten die Wissenschaftler ein Verfahren, bei dem die CIGS-Solarzelle nach der Herstellung einer Kombination aus Wärme- und Lichteinwirkung ausgesetzt wurde. Sie konnten damit die Photovoltaikleistung weiter erhöhen.
In den Testreihen blieb die Photovoltaikleistung für mehrere Monate stabil. In Zukunft könnte die CIGS-Solarzelle dank ihrer guten Haltbarkeit und des hohen Wirkungsgrads unter anderem für tragbare Elektronik, Fahrzeuge und Gewächshäuser verwendet werden. Derzeit arbeiten die Wissenschaftler der Empa bereits mit Industriepartnern an einer Rolle-zu-Rolle-Herstellung der CIGS-Solarzelle für den kommerziellen Einsatz.
