HZB steigert Wirkungsgrad von ultradünnen CIGSe-Zellen

Die Forschungsgruppe Nanooptix am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) für Materialien und Energie GmbH hat einen neuen Rekord bei der Kurzschlussdichte bei ultradünnen CIGSe-Zellen erzielt. Gemeinsam mit dem Team von Albert Polman am Institute for Atomic and Molecular Physics (AMOLF) in den Niederlanden entwickelten sie nanostrukturierte Rückkontakte, die das Licht einfangen und den Wirkungsgrad der Zellen steigert, wie das HZB am Montag mitteilte.

Dünnschicht CIGSe-Zellen bestehen aus den Elementen Kupfer, Indium, Gallium und Selen, die in einer Chalkopyrit-Kristallstruktur angeordnet sind und einen Wirkungsgrad von bis zu 22,6 Prozent im Labor erreichen können, wie es weiter hieß. Im Vergleich zu Solarzellen aus Silizium werde bei der Produktion von CIGSe-Zellen weniger Energie verbraucht.

Allerdings erfordere die Produktion der CIGSe-Zellen große Mengen des seltenen Elements Indium. Um den Verbrauch des Materials zu verringern, werde versucht die Dünnschicht-Solarzelle von 2-3 Mikrometer auf weniger als 0,5 Mikrometer zu minimieren. Das Problem sei jedoch, dass ultradünne Solarzellen auch wesentlich weniger Licht absorbiere, was den Wirkungsgrad stark verringere, so die Berliner Wissenschaftler weiter.

Die Forscher hätten nun nanostrukturierte Rückkontakte in der Form eines regelmäßigen Musters aus Siliziumoxidpartikeln auf einem ITO-Substrat entwickelt. In Verbindung mit einer reflektierenden Schicht erreiche die beste ultradünne CIGSe-Zelle eine Kurzschlussstromdichte von bis 34,0 Milliampere pro Quadratzentimeter. Nach Angaben des HZB ist dies nicht nur ein Bestwert bei ultradünnen CIGSe-Zellen, sondern entspricht 93 Prozent der Kurzschlussstromdichte der Rekord-CIGSe-Zelle mit üblicher Dicke.

Darüber hinaus verbessere die Nanostruktur auch die elektrischen Eigenschaften der Zelle und steigere den Wirkungsgrad auf das Anderthalbfache gegenüber einer Zelle ohne nanostrukturierte Rückkontakte. „Damit haben wir gezeigt, dass Nanostrukturen bei ultradünnen CIGSe-Solarzellen sowohl die optische Absorption verstärken als auch einige elektrische Aspekte günstig beeinflussen“, sagte HZB-Wissenschaftler Guanchao Yin.