Dünnschichtsolarzellen mit einem Halbleiter aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen, kurz CIGS, stehen wahrscheinlich vor weiteren Effizienzsteigerungen: Ein Forscherteam des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW), der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) hat jüngst eine wichtige Stelle identifiziert, an der die Leistung von Dünnschichtsolarzellen verbessert werden kann, damit die Zelle mehr Sonneneinstrahlung in Solarstrom umwandelt.
Theoretischer Wirkungsgrad von rund 33 Prozent möglich
Die Ergebnisse wurden im August 2020 in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Sie geben Herstellern von CIGS-Dünnschichtsolarzellen Hinweise, wie sie höhere Wirkungsgrade erzielen. Trotz erheblicher Fortschritte in den vergangenen Jahren ist bei CIGS-Dünnschichtsolarzellen immer noch ein nicht ausgereiztes Potential von etwa zehn Prozentpunkten vorhanden, um den maximalen theoretischen Wirkungsgrad von rund 33 Prozent zu erreichen.
Die Diskrepanz kommt durch Verlustmechanismen in der CIGS-Solarzelle zustande, die in den funktionalen Schichten, aber auch an den unterschiedlichsten Grenzflächen auftreten können. Wo genau und warum diese Einbußen auftreten, wurde bislang nur vermutet und in der Fachwelt kontrovers diskutiert.
Dichte der elektrisch aktiven Korngrenzen reduzieren
Die Forschenden des ZSW, der MLU und des HZB konnten nun den Ort nun ausfindig machen. „Ein Teil der Verluste erfolgt an den Grenzen zwischen den einzelnen CIGS-Kristallen der Solarzelle. An diesen sogenannten Korngrenzen, von denen ein bestimmter Anteil auch elektrisch aktiv ist, können sich positive und negative elektrische Ladungen gegenseitig neutralisieren“, sagt Projektleiter Wolfram Witte vom ZSW. „Das reduziert die Leistung der Zelle.“
Auch für CIGS-Perowskit-Module sehen Forscher neue Höchstleistungen. In einem Forschungsprojekt werden Dünnschichtmodule mit verschiedenen anderen Materialien kombiniert. (nhp)
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