Neuer Weltrekord für Dünnschicht-Solarzellen

Wirkungsgrad der CIGS–PV steigt immer schneller

ZSW_logoDas Stuttgarter Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und sein Reutlinger Industriepartner Manz haben mit 22,6 Prozent Wirkungsgrad einen neuen Weltbestwert bei Dünnschichtsolarzellen aufgestellt. Manz logoMit dem Erfolg übertreffen die Wissenschaftler den bisherigen Rekordhalter aus Japan um 0,3 Prozentpunkte und holen den Weltrekord bereits zum fünften Mal nach Baden-Württemberg.

ZSW_Forscher mit GIGS_Solarzellen - Foto © ZSWDer Forschungswettlauf zeige, so zwei Pressemitteilungen der Partner, den  unterdessen einen interessanten Trend: In den vergangenen drei Jahren hat sich der Wirkungsgrad der Dünnschichtsolarzellen auf Basis von Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) stärker erhöht als in den 15 Jahren zuvor. Erst vor drei Monaten hatte das ZSW mit 22,0 Prozent Wirkungsgrad eine eigene Bestleistung und damit erneut einen Europarekord erzielt. Die aktuelle Verbesserung um stolze 0,6 Prozentpunkte gelang in einer hochmodernen Laborbeschichtungsanlage mit Hilfe eines Ko-Verdampfungsverfahrens. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat die Ergebnisse bestätigt.

ZSW-Forscher im Labor mit Weltrekordsolarzelle - Foto © ZSW Die vom ZSW produzierte Rekordzelle ist rund 0,5 Quadratzentimeter groß, ein übliches Maß für Versuchszellen. Der aktuelle Rekord wurde durch Verbesserungen an mehreren Stellen des Produktionsprozesses erzielt, u.a. durch die Optimierung des Alkali-Nachbehandlungsprozesses der CIGS-Oberfläche.

Rasant verbesserte Wirkungsgrade

Der Fortschritt in der Dünnschicht-PV hat sich innerhalb weniger Jahre stark beschleunigt: Von 1998bis 2013 wurden nur alle zwei bis drei Jahre Rekorde erreicht. Der Wirkungsgrad stieg jährlich durc-schnittlich um 0,1 Prozentpunkte. Seit knapp drei Jahren fallen die Weltrekorde nun im Halbjahresrhythmus. Die Wachstumsraten betragen gegenwärtig im Schnitt 0,7 Prozentpunkte pro Jahr.

Mit den jüngsten Forschungsergebnissen könnte sich bald eine ernst-hafte Konkurrenz zu der seit Jahren marktbeherrschenden Silizium-PV entwickeln. Der Vorsprung gegenübermultikristallinen Siliziumzellen beträgt nun 1,3 Prozentpunkte.

Noch kein Ende der Fahnenstange in Sicht

Schichtaufbau eines CIGS-Solarmoduls im Rasterelektronenmikroskop (REM)- Bild © ZSWDass mit dem neuen Erfolg das technologische Potenzial von CIGS-Solarzellen ausgereizt ist, glauben die ZSW-Wissenschaftler nicht.  Michael Powalla - Foto © ZSW„Ich gehe davon aus, dass wir in den nächsten Jahren bis zu 25 Prozent Wirkungsgrad erreichen können“, sagt Prof. Michael Powalla, ZSW-Vorstand und Leiter des Geschäftsbereichs Photovoltaik.

Auch bei anderen wichtigen Kennzahlen verbessert sich Dünnschicht-PV: Die CIGS-PV liegt bei den Modul-Wirkungsgraden (die immer etwas niedriger sind als die der kleineren Zellen) nur noch geringfügig unter dem multikristallinen Silizium. Die beiden Technologien sind mit 15 bis 17 Prozent Effizienz nah beieinander. Die Produktionskosten der CIGS-Module haben sich inzwischen der Siliziumtechnologie angeglichen und liegen bei 35 €-Cent pro Watt. Künftig sollen Modulwirkungsgrade von 18 Prozent und mehr sowie Kosten von rund 22 Cent pro Watt möglich sein. Die niedrigen Kosten stellen sich, anders als bei der Silizium-PV, bereits bei einem relativ geringen Produktionsvolumen ein.

Folgt: Aus der Mitteilung der Manz AG in Reutlingen, exklusiver Forschungspartner des ZSW im Bereich der CIGS-Solartechnologie