Hilfreiche Fehler: Effizientere Solarzellen ohne Silizium

Die Kontrolle von eigentlich die Stromerzeugung störenden Fehlern - so genannten Kristalliten - in CIS-Zellen könnten zu einer Steigerung des Wirkungsgrads dieser Solarzellen ohne Silizium führen.

Berlin - Der Wirkungsgrad von Solarmodulen mit hochwertigem Silizium rangiert um die 16 Prozent. Doch das Material ist teuer und aufwändig herzustellen. CIS-Zellen aus Kupferindiumsulfid oder Kupferindiumselenid (Chalkopyrite) sind dagegen günstiger zu produzieren, erreichen jedoch nur rund 11,5 Prozent Effizienz. Berliner Forscher untersuchten diese Zellen nun genauer. Sie berichten in der Fachzeitschrift "Physical Review Letters" über ihre Ergebnisse.

"Dieser erste Nachweis wird der Entwicklung von Dünnschichtsolarzellen aus Chalkopyriten wichtige Entwicklungsimpulse liefern", sagt Susanne Siebentritt vom Hahn-Meitner Institut in Berlin. Bisher hatten die Forscher kaum eine Erklärung dafür, dass die CIS-Zellen mit vielen kleinen, verstreuten Kristallen besser funktionieren als so genannte monokristalline Module. Neutrale Barrieren an den Korngrenzen rund um die teils Mikrometer kleinen Kristallite innerhalb der CIS-Zellen sind wahrscheinlich für die Effizienzsteigerung verantwortlich. Diese Barrieren sollen die unerwünschte Rekombination von Ladungsträgern, bei denen kein Strom erzeugt wird, unterdrücken können.

Solarzellenentwickler müssen nun die Existenz von Korngrenzen nicht mehr fürchten. Im Gegenteil: Eine verbesserte Kontrolle der Kristallite könnte sogar zu einer Steigerung der Wirkungsgrade führen. Doch wie diese Optimierung konkret aussehen könnte, wissen die Berliner Forscher noch nicht. Derzeit rangieren die Wirkungsgrade von CIS-Modulen bei 11,5 Prozent, im Labor sind aber auch schon 19,5 Prozent erreicht worden. Dieses Ziel peilt beispielsweise das Unternehmen Würth Solar an, das Ende Oktober die weltweit erste Großserienproduktion von jährlich bis zu 200.000 siliziumfreien CIS-Solarmodulen in Schwäbisch Hall begonnen hat.