Neuer Wirkungsgradrekord

Flexible Solarzellen werden konkurrenzfähig

14. September 2021, 14:24 Uhr | Kathrin Veigel
Empa Flexible Solarzellen
Flexible CIGS-Solarzellen bestehen aus sehr dünnen Schichten und enthalten eine Halbleiter-Verbindung aus den Elementen Kupfer, Indium, Gallium und Selen. Die Schichten werden auf flexible Polymersubstrate aufgebracht.
© Empa

Einen Wirkungsgradrekord von knapp 21,4 Prozent für CIGS-Solarzellen auf flexibler Polymerfolie haben Empa-Wissenschaftler erzielt. Solarzellen dieses Typs eignen sich besonders für Anwendungen auf Dächern, Transportfahrzeugen und mobilen Geräten.

Einer Forschergruppe der Schweizer Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt) ist es gelungen, den Wirkungsgrad von flexiblen Solarzellen auf einen neuen Rekordwert anzuheben. Unabhängige Messungen ergaben einen Wert von 21,4 Prozent, wenn diese Art von Solarzellen Licht in elektrischen Strom umwandeln. Zum Vergleich: Der beste Wirkungsgrad einer herkömmlichen (nicht biegsamen) Solarzelle aus kristallinem Silizium liegt bei 26,7 Prozent.

Hocheffiziente flexible Solarzellen werden mittels einer Niedrigtemperatur-Verdampfungsmethode auf einer Polymerfolie hergestellt. Auf der Folie scheidet sich das lichtabsorbierende Halbleitermaterial Cu(In,Ga)Se2 als hauchdünner Film langsam ab. Der Empa-Forscher Shiro Nishiwaki optimierte die Zusammensetzung der Schicht und der Alkali-Dotierstoffe, um den Wirkungsgrad weiter zu erhöhen.

Die Forscher untersuchten die Auswirkungen einer kombinierten Wärme- und Lichteinwirkung nach der Verarbeitung der Solarzellen und stellten eine Steigerung der Photovoltaikleistung fest, die auch nach mehreren Monaten stabil bleibt. Der Wirkungsgrad der Solarzellen von 21,38 Prozent wurde von unabhängiger Seite am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg bestätigt.

Immer neue Rekorde – seit mehr als 20 Jahren

Tiwari und sein Team forschen seit mehr als zwanzig Jahren an flexiblen Dünnschichtsolarzellen. Mit ihrem profunden Wissen über die Technologie und die zugrundeliegenden physikalischen Prozesse haben sie im Laufe der Jahre mehrere Wirkungsgradrekorde erzielt. Sie begannen mit 12,8 Prozent im Jahr 1999, und erreichten dann Schritt für Schritt 14,1 Prozent (2005), 17,6 Prozent (2010), 18,7 Prozent (2011), 20,4 Prozent (2013) und 20,8 Prozent im Jahr 2019.

Flexible und leichte Solarmodule mit dieser Technologie eignen sich besonders für Anwendungen auf Dächern und Fassaden von Gebäuden, für Gewächshäuser, Transportfahrzeuge, Luftschiffe und tragbare Elektronik. Die Empa arbeitet mit der Schweizer Firma Flisom, eine Spin-off der Empa und der ETH Zürich, an der Rolle-zu-Rolle-Herstellung von leichten, flexiblen Solarmodulen für derartige Anwendungen.


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