Wissenschaftler am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) haben mit 20,1 Prozent Wirkungsgrad bei Dünnschichtsolarzellen einen neuen Weltbestwert aufgestellt. Die Rekordsolarzelle aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid, kurz CIGS, wurde im ZSW-Forschungslabor in Stuttgart hergestellt. Der Durchbruch bei der Materialentwicklung soll mittelfristig die Wirtschaftlichkeit der CIGS-Dünnschichtphotovoltaik deutlich verbessern. Mit dem Erfolg holen die Forscher aus Baden-Württemberg den Weltrekord nach Deutschland: Seit 16 Jahren hatte das US-Forschungsinstitut NREL den Titel inne.
„Bei unserem Rekord handelt es sich nicht nur um einen Rekord für CIGS-Solarzellen, sondern für Solarzellen in Dünnschichttechnik generell“, freut sich Dr. Michael Powalla, Mitglied im ZSW-Vorstand und Geschäftsbereichsleiter Photovoltaik. „Der Wirkungsgrad ist ein Er-gebnis kontinuierlicher und systematischer Forschung, die von dem Bundesumweltministerium und dem Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg seit vielen Jahren unterstützt wird. Besonders die enge Kooperation zwischen Grundlagenforschung an der Universität, anwendungsnaher Forschung am ZSW und der Produktion bei unserem Industriepartner Würth Solar hat uns diesen Spitzenplatz eingebracht.“
Die Fläche der Weltrekordzelle beträgt 0,5 Quadratzentimeter. Die Solarzelle wurde in einer CIGS-Laborbeschichtungsanlage mit einem modifizierten Simultanverdampfungsprozess hergestellt, der im Prinzip auf Produktionsprozesse aufskalierbar ist. Die Solarzelle, bestehend aus der halbleitenden CIGS-Schicht und den Kontaktschichten, ist insgesamt nur rund vier tausendstel Millimeter dick. Bei der Herstel-lung müssen die elektrischen und optischen Eigenschaften sehr gut aufeinander abgestimmt sein – ein extrem schwierig zu beherrschen-der Vorgang. Das Fraunhofer ISE in Freiburg hat die neuen Ergebnis-se bestätigt.
Höhere Wirkungsgrade verbessern die Stromausbeute und somit die Rendite von Photovoltaikanlagen. „Der Weg zur industriellen Anwen-dung ist jetzt der nächste Entwicklungsschritt“, so Michael Powalla. Es werde aber noch einige Zeit dauern, bis die Erhöhung des Wirkungs-grades der CIGS-Zellen kommerziell umgesetzt werde kann. Solarzellen wandeln Sonnenlicht in elektrischen Strom um. Sie sind eine der Schlüsseltechnologien für eine klimafreundliche Energiever-sorgung. Im Vergleich zu Standardsolarzellen aus kristallinem Silizium spart die Dünnschichtphotovoltaik durch eine mikrometerdünne Be-schichtung Material und Kosten. In den letzten Jahren hat sie ihren Marktanteil von sieben auf rund 17 Prozent gesteigert. Es gibt drei Variationen der Dünnschichtsolartechnik (amorphes Silizium, Kadmi-um-Tellurid und CIGS) – den höchsten Wirkungsgrad hat die CIGS-Dünnschichttechnik.
Marktübliche CIGS-Module verfügen derzeit über einen durchschnittli-chen Wirkungsgrad von zehn bis zwölf Prozent – ein Modul hat stets einen niedrigeren Wirkungsgrad als eine einzelne Solarzelle. Die neue Bestleistung zeigt das große Potenzial der CIGS-Technik für eine kostenreduzierte, effiziente Photovoltaik. Michael Powalla geht davon aus, dass in den nächsten Jahren Wirkungsgrade von 15 Prozent auch im kommerziellen Modul erzielt werden können. Bei der Entwicklung von CIGS-Dünnschichtmodulen ist das ZSW in-ternational führend. Das Institut brachte die Technologie zusammen mit der Firma Würth Solar zur Industriereife. Würth Solar startete 2006 die damals weltweit erste Großserienproduktion von CIGS-Solarmodulen in Schwäbisch Hall. Die Kapazität beträgt inzwischen 30 Megawatt pro Jahr. Das ZSW ist der Forschungs- und Entwicklungspartner von Würth Solar.
Mehr Informationen: www.zsw-bw.de
