Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) hat den Wirkungsgrad von cadmiumfreien CIGS-Dünnschicht-Solarzellen auf 21,0 Prozent verbessert. Ermöglicht haben die Stuttgarter Wissenschaftler dies, indem sie das Zwischenschichtsystem aus Cadmiumsulfid und Zinkoxid durch eine Kombination aus Zinkoxidsulfid und Zinkmagnesiumoxid ersetzten. Mit dem gesteigerten Wirkungsgrad verweisen die Stuttgarter Forscher japanische Kollegen auf Platz 2 und stehen jetzt weltweit an der Spitze. Der ebenfalls vom ZSW erzielte Rekord bei konventionellen Solarzellen aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) liegt bei 21,7 Prozent.
Dass die neue Zelle in der Pufferschicht kein Schwermetall enthält, ist für den ZSW-Vorstand und Leiter des Geschäftsbereichs Fotovoltaik, Prof. Michael Powalla, nicht der entscheidende Vorteil. Das Metall im herkömmlichen Modultyp sei fest gebunden. "Ohne Cadmiumsulfid ist vor allem die Lichtdurchlässigkeit in der Pufferschicht besser. Damit können wir theoretisch einen noch höheren Wirkungsgrad als bei bisherigen CIGS-Zellen erzielen. Da die alternative Pufferschicht ebenso wie der Cadmiumsulfidpuffer im chemischen Bad abgeschieden wird, ist eine Übertragung in die Produktion ohne Zusatzprozesse möglich", so der Forscher.
Zinkoxidsulfid als Pufferschicht weist eine gesteigerte Lichtdurchlässigkeit im blauen Wellenlängenbereich auf. Als Folge kann mehr Sonnenlicht auf die darunter liegende CIGS-Absorberschicht treffen, die dann mehr Energie in Strom umwandelt. Eine weitere Neuerung in der Zelle ist ein verbesserter Frontkontakt. Statt der hochohmigen, dünnen Zinkoxidschicht verwendeten die Forscher hier Zinkmagnesiumoxid. Die Fläche der auf einer Laboranlage im ZSW hergestellten Solarzelle beträgt 0,5 Quadratzentimeter, eine Standardgröße für Versuchszellen. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat die Ergebnisse bestätigt. Erste Versuchsmodule wurden vom Industriepartner Manz AG bereits hergestellt. Quelle: ZSW Stuttgart / sth