Kesterit (Cu2ZnSnS4) als photovoltaischer Absorber
Indium ist ein Hauptbestandteil von Chalcopyrit-Dünnschichtsolarzellen. Es ist mit einer Konzentration von ca. 0.05 ppm in der Erdkruste etwa so verbreitet wie Silber. Trotz des geringen Materialverbrauchs (ca.5 g/m2 Photovoltaikmodul) gibt es Befürchtungen, dass eine erhöhte Nachfrage und damit Verteuerung des Indiums die Produktion von günstigen Solarmodulen auf CIS-Basis behindern könnte.
Es werden daher alternative Materialsysteme erforscht, in denen das Indium des Chalcopyrit durch andere Elemente ersetzt wird. Prinzipiell bieten sich dabei die übrigen Elemente der III. Hauptgruppe an; eine Kombination aus Gruppe II – Gruppe IV Elementen ist aber ebenso möglich. Als besonders viel versprechend hat sich dabei der Kesterit erwiesen, eine Kristallstruktur in der das Indium der Chalcopyritstruktur durch Zink und Zinn alternierend ersetzt ist (siehe Graphik).
Die Kristallstrukturen von CuInS2 (Chalkopyrit) und Cu2ZnSnS4 (Kesterit).
Neben seiner strukturellen Verwandtschaft zum Chalcopyrit zeigt das Cu2ZnSnS4, mit einer Bandlücke um 1,5 eV und einem hohen Absorptionskoeffizienten, prinzipiell eine ähnlich gute Eignung für die photovoltaische Energiewandlung wie CuInS2. Seit Ende der Neunziger Jahre haben unterschiedliche Arbeitsgruppen dieses neue Materialsystem untersucht. Die Wirkungsgrade der dabei hergestellten Solarzellen steigerten sich seitdem von 2,3% im Jahr 1997 1) auf 5,4% im Jahr 2003 2).
Die Abteilung Technologie hat erst vor kurzem ihre Arbeit auf diesem Gebiet aufgenommen. Der Schwerpunkt wird auf der Untersuchung und Optimierung der Dünnschichtgenese liegen.
