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Enerige & Management > Photovoltaik - Neuer Weltrekord für CIGS-Zellen
Bild: Fotolia.com, @nt
PHOTOVOLTAIK:
Neuer Weltrekord für CIGS-Zellen
Einen neuen Höchstwert für die Effizienz von CIGS-Solarzellen hat der Forschungsverbund „speedCIGS" erreicht.
 

Seit Ende 2016 arbeitet der Forschungsverbund Speed CIGS daran, den Herstellungsprozess von Solarzellen auf Basis von Kupfer, Indium, Gallium und Selen (CIGS) zu beschleunigen. Im Rahmen dieser Forschung wird auch der Wirkungsgrad immer weiter angehoben.

Bereits im September 2019 hatten die Forscher 23,3 % Wirkungsgrad bei CIGS-Solarzellen erreicht − Weltrekord für diese Technologie. Nun gelang ein weiterer Schritt auf nunmehr sogar 24,3 %.

Bei Speed CIGS geht es um innovative Photovoltaik. „Aber nicht um die Silizium-basierten Solarzellen, wie sie üblicherweise auf unseren Dächern installiert werden“, erklärt Prof. Johannes Windeln von der Wilhelm-Büchner-Hochschule in Darmstadt, „sondern um eine besondere Form der Dünnschichtsolarzellen. Diese kommen mit nur einem Prozent des Materials aus und benötigen im Vergleich nur etwa ein Zehntel der Energie bei der Herstellung.“ Trotzdem liefern diese CIGS-Solarzellen bei gleicher Sonnenbestrahlung etwa die gleiche Menge an elektrischer Energie wie die Silizium-Solarzellen. 

Thema des Forschungsprojekts ist die Optimierung von Prozessparametern in der Fertigung, die einerseits den Wirkungsgrad von CIGS-Solarzellen erhöhen können, zum anderen die Herstellungskosten weiter senken würden. Dazu gehört etwa die Reduzierung von Fehlstellen in den Modulen.

Tandemzellen für gelbes und blaues Sonnenlicht

Das große Ziel der Forschung sind Tandemzellen auf CIGS-Basis. Alle bisher üblichen Solarzellen bestehen aus einer einzigen Photovoltaik-Sensorschicht, die ausschließlich die gelbe Farbe des Sonnenlichtspektrums für die Erzeugung von elektrischem Strom nutzt. „Die bisher nicht berücksichtigten anderen Farben bedeuten jedoch noch ein erhebliches Potenzial zur Steigerung des Wirkungsgrades von Solarzellen“, so Prof. Windeln.

Der blaue Spektralbereich ist dabei besonders energiereich. Für die Energiegewinnung aus einer zweiten Farbe muss ein zusätzlicher Sensor auf den bisherigen Sensor gebaut werden. Die Herausforderung dabei: Der obere Sensor muss für gelbes Licht transparent sein, damit der untere Sensor nicht weniger (gelbes) Licht von der Sonne erhält. Dies stellt hohe materialwissenschaftliche Anforderungen an die einzelnen Schichten des Sensors, die alle im Bereich der Nanotechnologie anzusiedeln sind.

Mit den Prototypen dieser Tandemzellen wurden bei Speed CIGS dann auch die Effizienzrekorde aufgestellt. Die aktuellen 24,3 % sollen dabei auch noch nicht das Ende der Fahnenstange sein, so Windeln: „Da noch weitere gute Ideen zur Weiterentwicklung auf dem Tisch liegen, gehen wir davon aus, dass bis Ende 2020 noch eine erneute Verbesserung der Rekordmarke zu erwarten ist.“ 

 

Peter Koller
Redakteur
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Dienstag, 07.07.2020, 14:58 Uhr

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