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Flexible CIGS-Solarzellen Flexible Solarzellen mit Rekordwirkungsgrad von 22,2%

Von Anne Richter |

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EMPA Eidgenössische Material- Prüfungs-und Forschungsanstalt
Nabtesco Precision Europe GmbH
SYMA-SYSTEM AG
TBS Werkzeugschärferei AG

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

Flexible CIGS-Solarzellen bestehen aus sehr dünnen Schichten, darunter eine Verbindung aus den Elementen Kupfer, Indium, Gallium und Selen. Die Schichten werden auf flexible Polymersubstrate aufgebracht, hauptsächlich durch Vakuumverfahren.
Flexible CIGS-Solarzellen bestehen aus sehr dünnen Schichten, darunter eine Verbindung aus den Elementen Kupfer, Indium, Gallium und Selen. Die Schichten werden auf flexible Polymersubstrate aufgebracht, hauptsächlich durch Vakuumverfahren.
(Bild: Empa)

Die Empa-Forscher haben den Wirkungsgrad von flexiblen CIGS-Solarzellen erneut verbessert. Unabhängig zertifizierte Messungen ergaben einen Wert von 22,2% bei der Umwandlung von Licht in Strom, was eine Verbesserung gegenüber dem bisherigen Rekordwert von 21,4% bedeutet. Zum Vergleich: Der maximale Wirkungsgrad einer starren Solarzelle aus kristallinem Silizium liegt bei 26,7%. Das Team um Romain Carron, Gruppenleiter im Empa-Labor für Dünnschichten und Photovoltaik unter der Leitung von Ayodhya N. Tiwari, präsentierte seine neusten Resultate an der «8. World Conference on Photovoltaic Energy Conversion» (WCPEC-8) am 26. September 2022 in Mailand.

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% 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%. Die aktuelle Steigerung des Wirkungsgrads geht auf die Legierung der lichtabsorbierenden Halbleiterschicht zurück, um deren elektronische Eigenschaften verbessert hat.

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