Neuer Weltrekord für den Wirkungsgrad von CIGS-Dünnschichtsolarzellen

Die Rekordeffizienz von CIGS-Solarzellen wurde unabhängig bestätigt und zeigt, dass es immer noch Leben in einer einst beliebten Technologie gibt, die in den letzten Jahren in den Schatten gestellt wurde.

Heutzutage basiert die überwiegende Mehrheit der PV-Systeme auf Silizium. Siliziumzellen nähern sich jedoch ihrem maximalen Wirkungsgrad und erfordern bei der Herstellung relativ hohe Temperaturen, was zu einer Kosten- und Kompaktleistungsuntergrenze führt, die schwer zu erreichen ist. Die neuere Perowskit-Technologie macht erstaunliche Fortschritte, es bestehen jedoch weiterhin Zweifel an der Langlebigkeit von Perowskit-Zellen.

Daher sind einige Forscher daran interessiert, Optionen für einen alternativen Ansatz offen zu halten. Darüber hinaus führt das Übereinanderstapeln verschiedener Arten von Solarzellen zu Wirkungsgraden, die niemand alleine erreichen kann. Beide halten an der Bedeutung von CIGS als potenziellem Teil des Ersatzes fossiler Brennstoffe fest, obwohl der Marktanteil seit Anfang der 2000er Jahre zurückgegangen ist.

Die Buchstaben in CIGS stehen für Kupfer, Indium, Gallium und Selen, eine Mischung daraus, die zusammen mit Silber und Natrium auf eine einfache Fensterglasscheibe aufgetragen wird. Ein Team der Universität Uppsala hat eine solche Zelle geschaffen, die ihre Vorgänger durch mehrere Innovationen übertraf, darunter die Anpassung der Galliumkonzentrationen in verschiedenen Teilen der Zelle.

Diese Kombination erscheint teuer, einige dieser Metalle sind teuer. Die Tatsache, dass sie mit Rubidiumfluorid behandelt werden müssen, wobei hinter ihnen eine Molybdänschicht und vor ihnen eine klare Schicht angebracht werden muss, verbessert die Situation nicht.

Allerdings werden diese Zelltypen nicht umsonst „dünne Membranen“ genannt. Die Bleche sind so weich, dass die benötigten Metallmengen im Vergleich zu Silizium nicht unerschwinglich sein dürften.

Damit sich der Einsatz von CIGS jedoch lohnt, muss es mindestens so effizient sein wie konkurrierende Technologien. Seit Jahrzehnten geht es den Solaringenieuren mehr um die Senkung der Produktionskosten als um die Verbesserung der Effizienz. Doch mittlerweile sind Solarzellen so günstig, dass Effizienzsteigerungen in den letzten Jahren zu einer Priorität geworden sind.

Die Effizienz standardmäßiger kommerzieller Module hat sich im Laufe eines Jahrzehnts verdoppelt, wodurch mehr Strom auf Dächern mit begrenztem Platz erzeugt werden kann und Bedenken zerstreut werden, dass Solarenergie mit der Landwirtschaft um Land konkurrieren wird.

Forscher der Universität Uppsala stellten in den 1990er Jahren den CIGS-Effizienzrekord auf, doch diese Leistung wird seit Jahrzehnten übertroffen. Kürzlich haben sie jedoch eine Zelle hergestellt, deren eigene Tests einen Wirkungsgrad von nahezu 24 Prozent ergaben. Unabhängige Tests des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme haben nun einen Wert von 23,54 Prozent ergeben.

„Die Messungen, die wir selbst für diese Solarzelle und andere kürzlich hergestellte Solarzellen durchgeführt haben, liegen innerhalb der Fehlergrenze unabhängiger Messungen“, sagte Marika Edov, Professorin an der Universität Uppsala, in einem Artikel. Stellungnahme.

Damit erobert man sich die CIGS-Krone zurück und übertrifft den bisherigen Rekord von Solar Frontier in Japan um 0,29 Prozent, liegt aber immer noch zurück Silizium beträgt 27,6 Prozent und Perowskit 26,1 Prozent.

CIGS muss jedoch nicht die Siliziumeffizienz überwinden, um wichtig zu sein. Verschiedene Zelltechnologien können unterschiedliche Teile des Sonnenlichtspektrums, das die Erde erreicht, besser einfangen. Auf den Tandemzellen befindet sich oben eine Schicht, die blaues bis ultraviolettes Licht gut einfängt und für längere Wellenlängen relativ transparent ist. Darunter befindet sich eine weitere Schicht, die besser zum Einfangen von rotem Licht geeignet ist. Dies kann effizienter sein als jede einschichtige Zelle, der Rekord liegt derzeit bei 33,9 Prozent.

„Unsere Studie zeigt, dass die CIGS-Dünnschichttechnologie eine wettbewerbsfähige Alternative als eigenständige Solarzelle ist. Diese Technologie verfügt auch über Eigenschaften, die in anderen Zusammenhängen funktionieren könnten, beispielsweise in der unteren Zelle einer Tandemsolarzelle“, sagte Edoff. CIGSs Hohe Zuverlässigkeit verschafft ihm auch einen Vorteil gegenüber manchen Kandidaten.

Tandemzellen sind zwangsläufig teurer pro Flächeneinheit und jetzt auch pro Energieeinheit. Daher werden sie nur dort eingesetzt, wo die Effizienz wichtiger ist als die Kosten, beispielsweise beim Betrieb von Satelliten. Wenn die Verbesserungen jedoch über mehrere Technologien hinweg fortgesetzt werden, könnten Tandem- oder sogar Dreifach- oder Vierfachzellen häufiger vorkommen.

Die Studie ist veröffentlicht in Die Energie der Natur.