Erst vor drei Monaten hatte das ZSW (Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg)  mit 22,0  % Wirkungsgrad bereits eine Bestleistung seiner Dünnschicht-Solarzellen und damit Europarekord vermeldet. Die aktuelle Verbesserung um stolze 0,6 Prozentpunkte gelang jetzt in einer hochmodernen Laborbeschichtungsanlage mit Hilfe eines Ko-Verdampfungsverfahrens. Die untersuchten Solarzellen basieren auf dem Werkstoff Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS). Der höhere Wirkungsgrad resultiert unter anderem durch die Optimierung des Alkali-Nachbehandlungsprozesses der CIGS-Oberfläche. Das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) hat die Ergebnisse bereits bestätigt.

In den kommenden Monaten will das ZSW gemeinsam mit dem Industriepartner Manz daran arbeiten, die neuen Ergebnisse vom Labor auf die Massenfertigung zu übertragen. Der Reutlinger Maschinenbauer Manz bietet schlüsselfertige Produktionslinien zur Herstellung von CIGS-Dünnschicht-Solarmodulen an.

CIGS-Photovoltaik verglichen zur Silizium-Photovoltaik

Der Fortschritt in der Dünnschichtphotovoltaik hat sich laut ZSW innerhalb weniger Jahre stark beschleunigt: Von 1998 bis 2013 wurden nur alle zwei bis drei Jahre Rekorde erreicht. Der Wirkungsgrad ist jährlich um 0,1 Prozentpunkte im Schnitt gestiegen. Seit knapp drei Jahren fallen die Weltrekorde nun im Halbjahresrhythmus. Die Wachstumsraten betragen gegenwärtig durchschnittlich 0,7 Prozentpunkte pro Jahr.

Mit den jüngsten Forschungsergebnissen könnte sich bald eine ernsthafte Konkurrenz zu der seit Jahren marktbeherrschenden Silizium-Photovoltaik entwickeln, so das ZSW. Der Vorsprung gegenüber multikristallinen Siliziumzellen beträgt nun 1,3 % . Dass mit dem neuen Erfolg das technologische Potenzial von CIGS-Solarzellen ausgereizt ist, glauben die ZSW-Wissenschaftler nicht. „Ich gehe davon aus, dass wir in den nächsten Jahren bis zu 25 % Wirkungsgrad erreichen können“, sagt Prof. Dr. Michael Powalla, ZSW-Vorstand und Leiter des Geschäftsbereichs Photovoltaik.

Auch bei anderen wichtigen Kennzahlen verbessert sich Dünnschicht-Photovoltaik: Die CIGS-PV liegt bei den Modul-Wirkungsgraden, die generell etwas niedriger sind als die der kleineren Zellen, nur noch geringfügig unter dem multikristallinen Silizium. Die beiden Technologien sind mit 15 bis 17 % Effizienz nah beieinander. Die Produktionskosten der CIGS-Module haben sich inzwischen der Siliziumtechnologie angeglichen und liegen bei 40 US-Cent pro Watt. Künftig sollen Modulwirkungsgrade von 18 % und mehr sowie Kosten von rund 25 US-Cent pro Watt möglich sein. Die niedrigen Kosten stellen sich - anders als bei der Silizium-PV - bereits bei einem relativ geringen Produktionsvolumen ein, so das ZSW.