Technologie

Mehr Strom aus Dünnschicht-Solarzellen

05.02.2020 - Wirkungsgrad von CIGSe-Solarzellen auf 22,6 Prozent gesteigert.

Dünnschicht­solarmodule benötigen sehr viel weniger Energie für ihre Herstellung als herkömmliche Si-Wafer–basierte Module. Deshalb ist ihre Energy-Payback-Time, in der ein Photo­voltaik-Modul so viel Energie produziert hat wie für seine Herstellung nötig war, viel kürzer. Eine wichtige Material­klasse für die Dünnschicht-PV sind Chalkopyrit-Verbin­dungen aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen (CIGSe). Diese Elemente werden durch Ko-Verdampfung auf einem Substrat aufgewachsen – und da CIGSe das Licht sehr viel besser absorbiert als Silizium, reicht schon eine sehr dünne Schicht aus, um Licht effizient in elektrische Energie umzuwandeln. Im Rahmen des europäischen Forschungs­projekts Sharc 25 gelang es nun, den Wirkungs­grad von CIGSe-Solarzellen von 21,7 Prozent auf 22,6 Prozent zu steigern.

Ein Fokus des Projektes war es, insbesondere die positiven Effekte der Nachbe­handlungen mit Alkali-Elementen wie Kalium, Rubidium, oder Cäsium zu verstehen. Während der Nach­behandlung werden die chemischen und elek­tronischen Oberflächen­eigenschaften des CIGSe-Absorbers verändert. Zusätzlich wandern die Alkali-Atome von der Oberfläche in die Korngrenzen zwischen den CIGSe Kristallen und optimieren so offenbar die elek­tronischen Eigen­schaften der Dünnschicht. So wird etwa die Rekombination von Ladungs­trägern im CIGSe-Volumen verringert. Das funk­tioniert für CIGSe-Schichten, die bei verschiedenen Temperaturen und auf unter­schiedlichen Substraten präpariert werden.

Am EU-Projekt Sharc25 haben elf Forschungs­einrichtungen aus acht Ländern zusammengearbeitet, darunter auch ein HZB-Team um Marcus Bär. Ein wichtiges Ziel war es dabei, die europäische Vorreiter­rolle auf dem Gebiet der Dünnschicht-PV zu sichern. „Dabei gewinnt man in solchen großen EU-Projekten speziell Erfahrung darin, mit Werkzeugen der grundlagen­orientierten Forschung auch Fragen der industrie­nahen Material- und Bauteil­optimierung effizient zu bearbeiten. Das ist ein echter Wettbewerbs­vorteil und wahrt den Erkenntnis- und Know-how Vorsprung“, sagt Bär.

HZB / JOL

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Werkzeuge für die multiphysikalische Optiksimulation

Im Web Seminar erhalten Sie einen Überblick über die Möglichkeiten, die multiphysikalische Optiksimulation bietet und eine Einführung in die praktische Umsetzung eines strahlenoptischen Simulationsprojekts.

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The first part of the webinar will provide an overview of the fundamentals and challenges of the welding process and the features of the CIVAN CBC laser. The second part of the webinar will discuss approaches to take advantage of fast, arbitrary beam shaping to control process problems.

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