Neuer Weltrekord mit effizienter Solarzelle

ZSW produziert Dünnschicht-Photovoltaikzelle mit 20,3 Prozent Wirkungsgrad. Rückstand zu multikristallinen Zellen praktisch aufgeholt.

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) hat einen weiteren Fortschritt bei dem Bemühen erzielt, die Stromausbeute von Solarzellen zu erhöhen. Den Stuttgarter Forschern ist die Produktion von Dünnschichtsolarzellen mit einem Spitzenwirkungsgrad von 20,3 Prozent gelungen. Mit der Bestleistung übertreffen die Wissenschaftler ihren eigenen Weltrekord – und minimieren den Vorsprung der auf dem Markt dominanten multikristallinen Solarzellen auf nur noch 0,1 Prozent. Die neuen Rekordzellen aus dem ZSW bestehen aus extrem dünnen Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Schichten, kurz CIGS. Das spart Material und Kosten. Die neuen Ergebnisse sollen die Wirtschaftlichkeit der Dünnschichtphotovoltaik verbessern.

Die Weltrekordzelle besitzt eine Fläche von 0,5 Quadratzentimetern. Die halbleitende CIGS-Schicht und die Kontaktschichten sind insgesamt nur vier tausendstel Millimeter dick und damit um den Faktor 50 dünner als Standardsiliziumzellen. „Unsere Forscher haben die Zellen in einer Laborbeschichtungsanlage mit einem Simultanverdampfungsprozess hergestellt, der prinzipiell auch auf Produktionsprozesse übertragbar ist“, erklärt Dr. Michael Powalla, Mitglied im ZSW-Vorstand und Geschäftsbereichsleiter Photovoltaik. Das Fraunhofer ISE hat die Ergebnisse bestätigt. Die Erhöhung des Wirkungsgrades kommerziell umzusetzen werde aber noch einige Zeit dauern, so Powalla.

Innovationen der Forschung und die Professionalisierung der Produktion steigern den Wirkungsgrad von Dünnschichtsolarmodulen weiter. In den nächsten Jahren wird der Gesamtwirkungsgrad der relativ preisgünstigen CIGS-Dünnschichtsolarmodule von elf Prozent auf rund 15 Prozent steigen, schätzen Experten. Höhere Wirkungsgrade wiederum verbessern die Stromausbeute und somit die Rendite. Experten gehen davon aus, dass die CIGS-Dünnschichttechnik eine große wirtschaftliche Zukunft vor sich hat.

Im Vergleich zu 2008 soll sich 2012 der Marktanteil der drei Dünnschichttechniken (amorphes Silizium, Kadmium-Tellurid und CIGS) bereits auf rund 30 Prozent verdoppeln.

Bei der Entwicklung von CIGS-Dünnschichtmodulen ist das ZSW international führend. Das Institut brachte die Technologie zusammen mit der Firma Würth Solar zur Industriereife. Würth Solar startete 2006 die damals weltweit erste Großserienproduktion von CIGS-Solarmodulen in Schwäbisch Hall.

Das ZSW gehört zu den renommiertesten Forschungsinstituten auf den Gebieten Photovoltaik, Energiesystemanalyse, regenerative Kraftstoffe, Batterietechnik und Brennstoffzellen. An den drei Standorten Stuttgart, Ulm und Widderstall sind derzeit rund 200 Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker beschäftigt. Sie erwirtschaften einen Umsatz von über 22 Millionen Euro.

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