Robert Klatt
CIGS-Solarzellen sind flexibel und können deshalb vielseitig eingesetzt werden. Bisher lag ihr Wirkungsgrad deutlich unter herkömmlichen Silizium-Solarzellen. Eine optimierte Variante des Empa mit einem Rekord-Wirkungsgrad von 20,8 Prozent hat diesen Nachteil nicht mehr.
St. Gallen (Schweiz). Derzeit besteht ein Großteil aller Solarmodule aus Silizium-Solarzellen, die gegenüber flexiblem Solarzellen aus Polymerfilmen aufgrund ihres noch höheren Wirkungsgrades bevorzugt werden. Wissenschaftler der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben nun eine flexible Solarzelle vorgestellt, die mit einem Wirkungsgrad von 20,8 Prozent einen neuen Rekord aufstellt und damit an den Wirkungsgrad von kommerziell genutzten monokristallinen Silizium-Solarzellen herankommt, der derzeit bei maximal 22 Prozent liegt.
Im Gegensatz zu Silizium-Solarzellen liegt der Vorteil der Polymerfilm-Solarzellen in ihrer hohen Flexibilität, die es ermöglicht die organischen Solarzellen zu biegen und in vielen Formen zu fertigen. Sie können deshalb zum Beispiel zur mobilen Erzeugung von Strom in Kleidung integriert werden.
Der höhere Wirkungsgrad konnte laut der im Fachmagazin Advanced Energy Materials publizierten Forschungsarbeit durch drei wesentliche Weiterentwicklung der bisherigen Technologie erreicht werden. Die Wissenschaftler haben durch eine Optimerung der chemischen Zusammensetzung der Absorberschicht die elektronischen und optischen Eigenschaften der Solarzelle verbessert. Außerdem wurde das Verfahren zur Alkalimetall-Dotierung verändert und die Grenzflächen-Eigenschaften zwischen dem Absorber und der Pufferschicht geändert, um die Stromerzeugung durch die Dünnschicht-Solarzelle zu erhöhen.
Den vorherigen Rekordwert einer flexiblen Solarzelle aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) von 18,7 Prozent haben Wissenschaftler des Empa bereits 2011 aufgestellt. Der neue im Labor erreichte Spitzenwert zeigt laut Ayodhya Tiwari das Potential der Technologie, die inzwischen mit herkömmlichen nicht flexiblen Solarzellen mithalten kann.
Flexible CIGS-Solarzellen mit niedrigeren Wirkungsgraden werden bereits kommerziell genutzt. Die Entwickler der neuen Rekord-Solarzelle hoffen, dass auch ihre optimierte Variante bald auf den Markt kommen wird. Wie Tiwari erklärt, werden „künftige Entwicklungen insbesondere darauf abzielen, unser neues Verfahren vom Labor- auf den industriellen Maßstab zu übertragen, um die Stromerzeugung und Rentabilität von Photovoltaikanlagen zu steigern.“
Advanced Energy Materials, doi: 10.1002/aenm.201900408
