Empa-Forschung: Flexible Solarzellen mit Rekordwirkungsgrad

CIGS-Solarzellen Empa-Forschung: Flexible Solarzellen mit Rekordwirkungsgrad

20.10.2022 Von Silvano Böni

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EMPA Eidgenössische Material- Prüfungs-und Forschungsanstalt

Ein Jahr nach der ihrem letzten Wirkungsgradrekord haben Empa-Wissenschaftler einen neuen Höchstwert von 22,2 Prozent für flexible CIGS-Solarzellen auf Plastikfolien erreicht. Solarzellen dieses Typs eignen sich besonders für Anwendungen auf Gebäuden, Fahrzeugen, Satelliten, Luftschiffen und mobilen Geräten.

Empa-Forscher haben den Wirkungsgrad von flexiblen CIGS-Solarzellen erneut verbessert. Unabhängig zertifizierte Messungen ergaben einen Wert von 22,2 Prozent bei der Umwandlung von Licht in Strom, was eine Verbesserung gegenüber dem bisherigen Rekordwert von 21,4 Prozent bedeutet. Zum Vergleich: Der maximale Wirkungsgrad einer starren Solarzelle aus kristallinem Silizium liegt bei 26,7 Prozent.

Die flexiblen Solarzellen werden auf einer Polymerfolie verarbeitet mit Cu(In,Ga)Se2 als lichtabsorbierende Halbleiterschicht, die durch ein Niedrigtemperatur-Co-Verdampfungsverfahren abgeschieden wird. Der Empa-Wissenschaftler Shiro Nishiwaki veränderte die Zusammensetzung der Schicht, um die Leistung und die Ausgangsspannung der Zellen zu verbessern. «Zwei unterschiedliche Ansätze zur Legierung des Kristalls führten zu einer ähnlichen Verbesserungen in der Leistung des Bauelements», sagt Romain Carron. Daher lassen sich die Ergebnisse auf einen industriellen Massstab übertragen. Der Wirkungsgrad der Solarzelle von 22,2 Prozent wurde unabhängig am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg bestätigt.

Ayodhya Tiwari forscht mit seinem Team seit mehr als 23 Jahren an flexiblen Dünnschichtsolarzellen. Mit ihrem profunden Wissen über die Technologie und die grundlegenden physikalischen Prozesse haben sie im Laufe der Jahre mehrere Effizienzrekorde aufgestellt. Ihre «Rekordserie» begann im Jahr 1999 mit einer Effizienz von 12,8 Prozent. Die aktuelle Steigerung des Wirkungsgrads geht auf die Legierung der lichtabsorbierenden Halbleiterschicht zurück, um deren elektronische Eigenschaften verbessert hat.

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