Forscher der Uni Halle liefern Ansatzpunkt zur Verbesserung von CIGS-Solarzellen

Ein Forscherteam der Martin-Luther-Universität in Halle, dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung in Baden-Württemberg (ZSW) und dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) hat mit Hilfe von Elektronenmikroskopen und Computersimulationen ermittelt, warum es zu Energieverlusten in bestimmten Typen von Solarzellen kommt, die eigentlich bereits einen sehr guten Wirkungsgrad haben. Es handelt sich dabei um sogenannte Dünnschichtsolarzellen. Die Forscher konnten konkrete Hinweise darauf geben, wie sich der bereits hohe Wirkungsgrad von CIGS-Solarzellen noch weiter verbessern lässt. Die Ergebnisse wurde nun in der Zeitschrift „Nature Communication“ veröffentlicht.

Dünnschichtsolarzellen aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid oder kurz CIGS sind schon länger für ihre Rekord-Wirkungsgrade von 23,4 Prozent und weitere Vorteilen wie der Möglichkeit zur Produktion auf flexiblen Substraten, was mit herkömmlichen Solarzellen aus Silizium-Wafern nicht möglich ist, bekannt. Allerdings würde sich dieser Wirkungsgrad noch weiter verbessern lassen, wenn die Hersteller wüssten, wo die Verluste genau auftreten.

Die Forscher erklärten hierzu nun, dass ein erheblicher Teil der Verluste an den Grenzen zwischen den CIGS-Kristallen einer Dünnschicht-Solarzelle passiert. Dr. Daniel Abou-Ras vom HZB erläuterte: „Zunächst haben wir mit dem Elektronenmikroskop die Struktur von CIGS-Dünnschicht-Solarzellen untersucht und an exakt der gleichen Stelle die Verteilung der vorhandenen Elemente analysiert. Diese Verteilung gab uns dann wichtige Hinweise zur Lage der einzelnen CIGS-Kristalle.“

Die so ermittelte Struktur wurde dann von den Forschern an der MLU in ein Computermodell übertragen, in dem beobachtet werden konnte, wie verschiedene Veränderungen die elektrische Leistung der Solarzelle beeinflussten. Dabei wurde auch die Ursache für die Verluste ausgemacht, nämlich der Grenzbereich zwischen den einzelnen Kristallen.

„Die Atome in CIGS-Kristallen ordnen sich in bestimmten Strukturen an“, erklärt Dr. Daniel Abou-Ras hierzu: „An den Stellen, an denen sich zwei solche Kristalle berühren, passen die Kristallgitter oft nicht so gut zusammen. Dort entstehen also Defekte, welche die Leistung der Solarzelle stark beeinflussen.

Dank der Ergebnisse der Forschung ist man nun also in der Lage zu bestimmen, wie sehr Spannung und Leistung der Solarzellen aufgrund der Grenzbereichen ihrer Kristalle abfallen. Dadurch kann Herstellern wiederum ein wichtiger Hinweis gegeben werden, wie CIGS-Solarzellen verbessert werden können.