Green Research

25 Prozent Wirkungsgrad bei Dünnschichtsolarzellen (CIGS)

Neue Generation extrem effizenter Dünnschichtsolarzellen (CIGS)

Bislang geraten Dünnschichtsolarzellen in Hinblick auf ihren Wirkungsgrad im Vergleich mit kristallinen Solarzellen ins Hintertreffen. Das könnte sich nun bald ändern. Forscher des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) forschen an einer neuen Generation kostengünstiger Solarzellen, die auf der Dünnschichtzelltechnologie basiert. Anvisiert sind Dünnschichtsolarzellen, die einen Wirkungsgrad von bis zu 25 Prozent erreichen.

Neues Forschungsprojekt „Sharc25“ bündelt Know-how und Kompetenzen

Im Rahmen des im Mai 2015 gestarteten europäischen Forschungsprojektes „Sharc25“ – was soviel heißt wie „Super high efficiency Cu(In, Ga)Se2 thin-film solar cells approaching 25%“ – arbeiten die Wissenschaftler des ZSW gemeinsam mit 11 Forschungspartnern aus acht Ländern an extrem effizienten Dünnschichtsolarzellen. Die Zellen sollen im Koverdampfungsverfahren hergestellt werden. Sie bestehen aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS).

Gute Erfolgsaussichten hat das Projekt durch die Bündelung von Know-how und Kompetenzen. Mit an Bord sind fünf Forschungsinstitute, vier Universitäten und zwei Unternehmen. Zu diesen gehören die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa (CH), die Universitäten Luxemburg (LU), Rouen (F), Parma (I), Aalto (FIN), die Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum VZW imec (B), das HelmholtzZentrum Berlin für Materialien und Energie HZB (D), das International Iberian Nanotechnology Laboratory INL (P), die Flisom AG (CH) und die Manz CIGS Technology GmbH (D).Koordiniert wird das Projekt vom ZSW. Die finanziellen Mittel für das Projekt kommen aus dem  EU-Forschungsrahmenprogramm „Horizon 2020“ mit insgesamt rund 4,6 Millionen Euro. Weitere Mittel stellt die Schweizer Regierung bereit. Das Projekt ist auf 3,5 Jahre angesetzt.

Aufholjagd bei Dünnschichtsolarzellen

Bereits in den letzten Jahren konnte der Wirkungsgrad von Dünnschichtsolarzellen auf der Basis von Chalkopyriten stark verbessert werden. Allerdings konnten Rekordwirkungsgrade von 20,4 Prozent bei Dünnschichtsolarzellen auf dem Trägermaterial Folie und von 21,7 Prozent auf dem Trägermaterial Glas bislang nur unter Laborbedingungen erzielt werden. Damit lag der Wirkungsgrad der CIGS Solarzellen gleichauf mit multikristallinen Solarzellen.

Beide Rekorde wurden von zwei der „Sharc25“ Projektpartner erreicht. Den Rekord am Bestwert auf dem Trägermaterial Folie bei CIGS Solarzellen konnte Empa für sich verbuchen. Während den Redord am Bestwert auf das Trägermaterial Glas das ZSW hält. Jetzt soll der Bestwert mit dem Forschungsprojekt „Sharc25“ weiter gesteigert werden.

Die Ziele des europäischen Forschungsvorhabens Sharc25. Foto: Sharc25.

Die Ziele des europäischen Forschungsvorhabens Sharc25.
Foto: Sharc25.

Um diesem Ziel näher zu kommen, verfolgen die Projektpartner drei Strategien: Ein verbessertes Absorbermaterial, die Nutzbarmachung  von neuen Konzepten für effizientere Ober- und Grenzflächen sowie ein optimiertes Lichtmanagement sollen die Wirkungsgradgrenze weiter nach oben schieben. Angestrebt ist eine Verschiebung des Wirkungsgrad um rund drei Prozentpunkte in Richtung 25 Prozent.

 

Auftrieb für die europäische Dünnschicht-PVIndustrie

Profitieren könnten von den Ergebnissen insbesondere die europäische Solarindustrie. Sie könnte damit ihre Marktstellung verbessern insbesondere in Hinblick auf die Konkurrenzfähigkeit gegenüber den derzeit am Markt dominierenden multikristallinen Solarzellen. Hier musste die Solarindustrie jüngst herbe Niederschläge gegenüber der Konkurrenz aus Asien hinnehmen. Zudem könnte ein erhöhter Wirkungsgrad der europäischen Dünnschicht-PVIndustrie Auftrieb verleihen.

Mit im Projekt inbegriffen ist die Erarbeitung von Vorschlägen zur industriellen Nutzung der erzielten Resultate. So könnte ein Transfer der Forschungsergebnisse in die Solarwirtschaft in Europa die Kosten der industriellen Solarmodulproduktion auf unter 35 Eurocent pro Watt peak und die der installierten PV-Systeme auf unter 60 Eurocent pro Watt peak senken. Ebenso wären reduzierte Investitionskosten von weniger als 75 Eurocent pro Watt peak für Solarfabriken über 100 Megawatt Produktionskapazität möglich. Das beinhalte weiteres Kostensenkungspotenzial durch Massenfertigung in Folge.

Über das ZSW

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) gehört zu den führenden Instituten für angewandte Forschung auf den Gebieten Photovoltaik, regenerative Kraftstoffe, Batterietechnik und Brennstoffzellen sowie Energiesystemanalyse. An den drei ZSW-Standorten Stuttgart, Ulm und Widderstall sind derzeit rund 230 Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker beschäftigt. Hinzu kommen 70 wissenschaftliche und studentische Hilfskräfte. www.zsw-bw.de

 

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Quellen: Zentrum für Sonnenenergie - und Wasserstoff - Forschung Baden - Württemberg (ZSW)
Katja Reisswig

Katja Reisswig