ZSW-Forscher haben den Wirkungsgrad von cadmiumfreien CIGS-Dünnschichtsolarzellen auf 21 Prozent verbessert. Sie ersetzen dabei die Zwischenschicht aus Cadmiumsulfid und Zinkoxid durch eine Kombination aus Zinkoxidsulfid und Zinkmagnesiumoxid.
Diese Kombination verspreche eine höhere Lichtausbeute als das bisherige Material aus Zellen mit Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS). Mit dem nun gezeigten Wirkungsgrad stehen die Stuttgarter Forscher vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) nach eigenen Angaben weltweit an der Spitze.
Der Rekord bei konventionellen CIGS-Solarzellen liegt bei 21,7 Prozent. Mit dem neuen Zelltypus kommen die Wissenschaftler nah an diesen eigenen Wert heran. Dass die neue Zelle in der Pufferschicht kein Schwermetall enthält, ist für Professor Michael Powalla, den Leiter des Geschäftsbereichs Photovoltaik, nicht der entscheidende Vorteil. Das Metall im herkömmlichen Modultyp sei fest gebunden. „Ohne Cadmiumsulfid ist vor allem die Lichtdurchlässigkeit in der Pufferschicht besser“, sagt Powalla und ergänzt: Damit könnte theoretisch ein noch höherer Wirkungsgrad als bei bisherigen CIGS-Zellen erzielt werden. „Da die alternative Pufferschicht ebenso wie der Cadmiumsulfidpuffer im chemischen Bad abgeschieden wird, ist eine Übertragung in die Produktion ohne Zusatzprozesse möglich“, erklärt Powalla.
Mehr Licht kommt durch
Zinkoxidsulfid als Pufferschicht weist eine gesteigerte Lichtdurchlässigkeit im blauen Wellenlängenbereich auf. Als Folge kann mehr Sonnenlicht auf die darunter liegende CIGS-Absorberschicht treffen. Diese wandelt dann mehr Energie in Strom. Eine weitere Neuerung ist ein verbesserter Frontkontakt: Statt der hochohmigen, dünnen Zinkoxidschicht verwendeten die Forscher hier Zinkmagnesiumoxid. Die Fläche der auf einer im Labor hergestellten Solarzelle beträgt 0,5 Quadratzentimeter. Das entspricht einer Standardgröße für Versuchszellen. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat die Ergebnisse bestätigt. Erste Versuchsmodule stellte der Industriepartner Manz bereits her. (nhp)
