{"id":63595,"date":"2020-10-09T02:35:00","date_gmt":"2020-10-09T00:35:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=63595"},"modified":"2020-10-08T17:36:19","modified_gmt":"2020-10-08T15:36:19","slug":"wirkungsgrad-von-hocheffizienten-duennschichtsolarzellen-weiter-steigern","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/wirkungsgrad-von-hocheffizienten-duennschichtsolarzellen-weiter-steigern\/","title":{"rendered":"Wirkungsgrad von hocheffizienten D\u00fcnnschichtsolarzellen weiter steigern"},"content":{"rendered":"\n
Forscherteam zeigt Verbesserungspotenzial in CIGS-Solarzellen auf<\/p>\n\n\n\n
D\u00fcnnschichtsolarzellen mit einem Halbleiter aus Kupfer, Indium,Gallium und Selen (CIGS) weisen mittlerweile einen Wirkungsgrad von mehr als 23 Prozent auf. Eine weitere Effizienzsteigerung wird nun wahrscheinlicher: Ein Forscherteam des Zentrums f\u00fcr Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-W\u00fcrttemberg (ZSW), der Martin-Luther-Universit\u00e4t Halle-Wittenberg (MLU) und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) hat j\u00fcngst eine wichtige Stelle identifiziert, an der die Leistung von D\u00fcnnschichtsolarzellen verbessert werden kann, damit die Zelle mehr Sonneneinstrahlung in Solarstrom umwandelt. Die Ergebnisse wurden im August 2020 in der renommierten wissenschaftlichen Fachzeitschrift Nature Communications ver\u00f6ffentlicht. Sie geben Herstellern von CIGS-D\u00fcnnschichtsolarzellen Hinweise, wie sie noch h\u00f6here Wirkungsgrade erzielen k\u00f6nnen.\u00a0<\/p>\n\n\n\n
Trotz erheblicher Fortschritte in den vergangenen Jahren ist bei CIGS-D\u00fcnnschichtsolarzellen immer noch ein nicht ausgereiztes Potential von etwa zehn Prozentpunkten vorhanden, um den maximalen theoretischen Wirkungsgrad von rund 33 Prozent zu erreichen. Die Diskrepanz kommt durch Verlustmechanismen in der CIGS-Solarzelle zustande, die in den funktionalen Schichten, aber auch an den unter-schiedlichsten Grenzfl\u00e4chen auftreten k\u00f6nnen. Wo genau und warum diese Einbu\u00dfen auftreten, wurde bislang nur vermutet und in der Fachwelt kontrovers diskutiert. \u00a0\u00a0<\/p>\n\n\n\n
Dichte der elektrisch aktiven Korngrenzen reduzieren <\/h5>\n\n\n\n
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des ZSW, der MLU und des HZB konnten nun den Ort des Geschehens ausfindig machen. \u201eEin Teil der Verluste erfolgt an den Grenzen zwischen den einzelnen CIGS-Kristallen der Solarzelle. An diesen sogenannten Korngrenzen, von denen ein bestimmter Anteil auch elektrisch aktiv ist, k\u00f6nnen sich positive und negative elektrische Ladungen gegenseitig neutralisieren\u201c, sagt Projektleiter Dr. Wolfram Witte vom ZSW. \u201eDas reduziert die Leistung der Zelle.\u201c <\/p>\n\n\n\n
Identifizieren konnten die Forscher solch einen Verlustmechanismus, indem sie experimentelle Messverfahren mit Computersimulationen kombinierten. Um m\u00f6glichst realistische Werte in die an der Universit\u00e4t Halle entwickelte zweidimensionale Bauelementsimulation einzugeben, analysierte das HZB eine hocheffiziente CIGS-Solarzelle mit verschiedensten Elektronen-Mikroskopieverfahren und optoelektronischen Messmethoden wie der Photolumineszenz. <\/p>\n\n\n\n
Hergestellt wurde die CIGS-Zelle am ZSW mit dem Verfahren der Koverdampfung, bei dem die Elemente Kupfer, Indium, Gallium und Selen zur selben Zeit im Vakuum aufgebracht werden. Der Zellwirkungsgrad betrug ohne zus\u00e4tzliche Antireflexschicht 21 Prozent, die reale Mikrostruktur dieser Zelle wurde mit den experimentell erhaltenen Werten der verschiedenen Analyseverfahren als Eingabeparameter f\u00fcr die zweidimensionale Simulation genutzt. <\/p>\n\n\n\n
Die Computersimulationen zeigten, dass eine verst\u00e4rkte Rekombination an elektrisch aktiven Korngrenzen innerhalb der CIGS-Schicht einen signifikanten Verlustmechanismus darstellt, der vor allem die Leerlaufspannung und den F\u00fcllfaktor verschlechtert und somit den Wirkungsgrad der Solarzelle nach unten dr\u00fcckt. \u201eUm den Wirkungsgrad von CIGS-D\u00fcnnschichtsolarzellen und -modulen in Zukunft weiter zu verbessern, sollte die Dichte der elektrisch aktiven Korngrenzen reduziert und CIGS-Schichten mit gr\u00f6\u00dferen K\u00f6rnern hergestellt werden\u201c, so Witte. Dies k\u00f6nnte technisch z.B. durch zus\u00e4tzliche Additive in der CIGS-Schicht, eine Anpassung des Substratmaterials oder einen optimierten Temperaturhaushalt w\u00e4hrend der Beschichtung umgesetzt werden. F\u00fcr die Photovoltaikindustrie w\u00e4ren dies vielversprechende Ansatzpunkte, um die Wirkungsgrade von CIGS-Modulen weiter zu erh\u00f6hen. <\/p>\n\n\n\n