Die Stuttgarter ZSW-Wissenschaftler haben auf der Suche nach günstigeren Materialien und Herstellverfahren für Dünnschichtsolarzellen mit 10,3 Prozent Wirkungsgrad einen neuen Spitzenwert erzielt. Die Absorberschicht enthält die gut verfügbaren Metalle Zink und Zinn.
Einem Forscherteam des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) ist es gelungen, einen vereinfachten Produktionsprozess für Kesterit-Dünnschichtsolarzellen zu entwickeln. Die Absorberschicht der Solarzellen enthält die gut verfügbaren und preiswerten Metalle Zink und Zinn. Die beste Zelle erreicht einen Wirkungsgrad von 10,3 Prozent – ein neuer Bestwert in Europa. „Die neue Verbindung ist dem CIGS sehr ähnlich, enthält aber statt Indium und Gallium die nachhaltig verfügbaren und preiswerten Elemente Zink und Zinn“, berichtet Michael Powalla, Vorstand und Leiter des Geschäftsbereichs Photovoltaik am ZSW.
Keine Vakuumtechnologie
Das neue Material soll durch ein einfaches Druckverfahren eine günstigere Produktion ermöglichen: Forscher beschichten bei der Herstellung der Kesterit-Solarzellen das Substratglas mit einer nicht-toxischen Tintenlösung. Diese enthält die gewünschten Elemente. „Und das ohne aufwändige Vakuumtechnologie“, sagt Powalla. Die so hergestellte Vorläuferschicht werde anschließend unter Hitzeeinwirkung selenisiert. Die weitere Verarbeitung erfolgt mit den gleichen Verfahren wie bei der verwandten CIGS-Technologie. Für einen kommerziellen Einsatz der Kesterit-Zellen sei es aber noch zu früh, so das ZSW.
Das Stuttgarter Forschungsinstitut kommt damit an den in den USA aufgestellten Weltrekord von 11,1 Prozent heran. Die US-Weltrekordzelle wurde allerdings mit einem aufwändigeren Prozess hergestellt, so die ZSW-Forscher. Ihre Solarzelle habe mit 0,5 Quadratzentimetern die Maße von Standardversuchszellen. Zudem bestätigte das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE den Wert. Hintergrund: Die Absorberschicht von Solarzellen ist der zentrale Bestandteil der Dunnschichtzellen. Diese nimmt einen Großteil des eingestrahlten Lichts auf und wandelt es in Elektrizität um. Diverse Forschungsaktivitäten zur Optimierung von Solarzellen setzen deshalb hier an. (Niels H. Petersen)
