Jenaer Forscher wollen Wirkungsgrad von CIGS-Solarzellen erhöhen

Im Rahmen eines vom Bundesumweltministerium unterstützenden Großprojektes mit dem Titel „Rechnerunterstützte Optimierung des Wirkungsgrades von CIGS-Dünnschichtsolarzellen in der industriellen Umsetzung“ wollen Forscher der Universität Jena den Wirkungsgrad von Dünnschichtsolarzellen auf 18 Prozent steigern. Dafür werden am Jenaer Institut für Festkörperphysik unter der Leitung von Prof. Dr. Carsten Ronning und Dr. Udo Reislöhner insbesondere die Grenzflächen und Defekte der CIGS-Solarzellen untersucht.

Wirkungsgrad von 18 Prozent anvisiert
Die CIGS-Solarzellen sind extrem dünn, sie weisen Stärken von zwei bis drei Mikrometer auf. Damit sind sie geeignet auf verschiedene Untergründe, z. B. auf flexiblen Folien, aufgedampft zu werden. Die Bezeichnung CIGS steht für die Bestandteile Kupfer, Indium, Gallium und Selen. Zurzeit hält eine CIGS-Solarzelle im Labormaßstab mit 20 Prozent den Wirkungsgrad-Weltrekord unter den Dünnschichtsolarzellen. In diese Regionen wollen auch die Jenaer Forscher vorstoßen: „Das Ziel ist ein Wirkungsgrad von 18 Prozent, aber bezogen auf Module mit einer Fläche von 30 mal 30 Zentimeter“, sagt Carsten Ronning. Er ist sich sicher, dass besonders die Grenzflächen und Defekte den Wirkungsgrad von Dünnschicht-Solarzellen begrenzen. „Wenn wir die Grundlagen noch genauer verstehen, werden wir die Effizienz steigern können“, so Udo Reislöhner.

Jenaer Forscher setzen auf Zwei-Stufen-Verfahren
Aktuell liege der Wirkungsgrad bei etwa 13 Prozent in der Serienproduktion von Modulen. Dr. Reislöhner verweist zudem darauf, dass die Jenaer Forscher sich mit CIGS-Solarzellen beschäftigen, die im Zwei-Stufen-Verfahren hergestellt werden. Dabei werden zunächst Kupfer, Indium und Gallium aufgebracht, ehe dann in einer zweiten Kammer die Schichten mit Selendampf reagieren. Dieses Verfahren ist technisch deutlich einfacher und kostengünstiger, als ein Verfahren, bei dem in einem Schritt bedampft wird. Von Nachteil sei jedoch, dass sich der Prozess weniger gut steuern lasse und die Wirkungsgrade dadurch generell geringer seien.

Finanzielle Unterstützung von drei Mio. Euro durch das BMU
An dem gesamten Projekt sind mit der IBM Deutschland GmbH, der Schott AG, der Bosch Solar CISTech GmbH, der Robert Bosch GmbH und der Manz CIGS Technology GmbH fünf Industriepartner beteiligt. Hinzukommen mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz und dem Institut für Festkörperphysik an der Universität Jena drei Forschungseinrichtungen. Das Projekt wird mit insgesamt drei Mio. Euro vom Bundesumweltministerium gefördert. Davon entfallen 500.000 Euro auf das Jenaer Teilvorhaben.

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