Hocheffiziente Dünnschichtsolarzellen
Die wichtigste photovoltaische Kenngröße einer Solarzelle ist das Verhältnis von erzeugter elektrischer Leistung zu eingestrahlter Lichtleistung: der Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad einer Solarzelle beeinflusst maßgeblich die Kosten eines photovoltaischen Generators. Dünnschichtsolarzellen auf der Basis des Verbindungshalbleiters Cu(In,Ga)Se2 erreichen heute im Labormaßstab Wirkungsgrade von knapp 20 %, deutlich mehr als andere Dünnschichtsolartechnologie wie z.B. CdTe oder amorphes Silizium. In der Massenfertigung hergestellte Solarmodule auf der Basis von Cu(In,Ga)Se2 erreichen heute Wirkungsgrade über 13 %. Angstrebt werden mittelfristig Wirkungsgrade von 15%.
Trotz der grossen Fortschritte innerhalb der letzten zehn Jahre ist das grundlegende materialtheoretische Verständnis immer noch nicht vergleichbar mit etablierten Halbleitermaterialien wie z.B. Silizium. Fortschritte in der Wirkungsgradsteigerung waren nicht zuletzt auch immer das Ergebnis semiempirischer Optimierung der physikalischen und chemischen Präparationsschritte: "It worked first and was explained later" [Ref. Rau].
Der Bereich Solarenergie des Helmholtz-Zentrum Berlin beschäftigt sich mit vielfältigen Fragestellungen der Material- und Heterokontaktcharakterisierung. Die Verfügbarkeit von Cu(In,Ga)Se2 Dünnschichten von gleich bleibend hoher Materialqualität und Reproduzierbarkeit ist dabei von grundlegender Bedeutung.
Die Abteilung Technologie verfügt über einen etablierten baseline Prozess zur Abscheidung von Cu(In,Ga)Se2 Dünnschichten. Die fortlaufende Optimierung der Präparation insbesondere im Hinblick auf den Wirkungsgrad steht dabei im Vordergrund. Die gegenwärtige Forschung konzentriert sich dabei u.a. auf Prozesskontrolle und Schichtzusammensetzung (Tiefenprofile).
Abb. links: Rasterelektronenaufnahme des Querschnitts einer hocheffizienten Dünnschichtsolarzelle auf Basis von Cu(In,Ga)Se2.
Die Dicke der gesamten Zellstruktur beträgt nur 3 μm. Am HZB hergestellte Solarzellen diesen Typs erreichen Wirkungsgrade von bis zu 18.0% (Referenzsonnenspektrum AM1.5).
