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News: Rekord bei Dünnschicht-Solarzellen

Dünnschicht-Solarzellen haben gegenüber ihren Kollegen aus Silizium den Vorteil, daß sie flexibler einzusetzen sind. Ihr Nachteil ist der deutlich niedrigere Wirkungsgrad. Mit einem neuen Zellentyp wurde in Berlin nun ein Rekordwirkungsgrad von fast 14 Prozent erzielt.
Die intensive Erforschung neuer Materialklassen für Solarzellen ist wieder ein Stück vorangekommen: Mit einem Wirkungsgrad von 13,7 Prozent konnte am Hahn-Meitner-Institut bei einer neuartigen Dünnschicht-Solarzelle ein weltweit neuer Spitzenwert erreicht werden. Der bisherige Bestwert für diesen Zellentyp lag bei 11,6 Prozent. Dabei ist nicht allein der erreichte Wirkungsgrad bemerkenswert, da er von herkömmlichen Silizium-Solarzellen noch übertroffen wird. Die Besonderheit liegt in der Anwendung einer Dünnschicht-Technologie, deren industrieller Einsatz ein großes Potential für Kosteneinsparungen bietet. Ein weiterer Vorteil ist die Verwendung weitgehend ungiftiger Materialien.

Für die Umwandlung von Licht in elektrischen Strom wurden in der neuen Solarzelle Halbleitermaterialien verwendet, deren aktive Komponenten im wesentlichen aus den chemischen Elementen Kupfer, Zink, Selen, Indium und Sauerstoff bestehen. Bei dem aus insgesamt vier Schichten aufgebauten Zellentyp bestehen die drei photoaktiven Schichten aus Zink-Sauerstoff-, Zink-Selen- und Kupfer-Indium-Selen-Verbindungen. In Fachkreisen ist für diese Systeme der Begriff CIS-Zelle (für Kupfer-Indium-Selenid) geprägt worden.

Neu an dem Zellentyp ist die Verwendung von Zinkselenid statt des üblicherweise bei CIS-Zellen untersuchten Cadmiumsulfids. Dies hat nicht nur den Vorteil, daß Zinkselenid umweltfreundlicher als die Cadmium-Verbindung ist, sondern daß auch ein größerer Teil der höherenergetischen (blauen) Sonnenstrahlung in Strom umgewandelt wird.

Am Hahn-Meitner-Institut wurden zur Herstellung der Zinkselenid-Schichten gleich zwei verschiedene Dünnschichttechnologien entwickelt: die chemische Abscheidung im Bad und die Metallorganische Chemische Gasphasendeposition (MOCVD). In beiden Fällen beträgt die Abscheidedauer nur zwei bis drei Minuten. Die chemische Abscheidung im Bad hat den Vorteil, daß dabei nur einfache und damit kostengünstige Geräte benötigt werden. Für den MOCVD-Prozeß sind aufwendigere Anlagen erforderlich. Allerdings können in MOCVD-Anlagen großflächig Dünnschichten mit großer Homogenität erzeugt werden, und die Zinkselenid- und die CIS-Schicht können in der selben Anlage in einem Prozeß nacheinander abgeschieden werden.

Um die Kosten von Solarstrom zu senken, wird weltweit an der Entwicklung solcher CIS-Dünnschichtsolarzellen gearbeitet. Das Bestreben der Forschungen ist, daß diese im Prinzip sehr kostengünstigen Solarzellen auch ausreichend hohe und stabile Wirkungsgrade erreichen. Mit ihrer Zelle, die noch ein Labor-Muster darstellt, haben Wissenschaftler am Hahn-Meitner-Institut in Zusammenarbeit mit Siemens Solar Industries gezeigt, daß es lohnend ist, dieses Ziel weiterzuverfolgen.

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