Neuer Prozess steigert Nutzen bifazialer CIGS-Dünnschichtsolarzelle

Die Idee ist so mühelos wie simpel: Wenn ich sowohl direktes Sonnenlicht qua unter ferner liefen dessen Reflektion reichlich dies hintere Finale meiner Solarzelle einsammeln kann, soll dies die Energieausbeute welcher Zelle potenzieren.

Potenzielle Anwendungen sind etwa die gebäudeintegrierte Photovoltaik, die Agrivoltaik – die gleichzeitige Nutzung von Flächen sowohl zu Händen die photovoltaische Stromproduktion qua unter ferner liefen zu Händen die Landwirtschaft – und vertikal oder schräg installierte Solarmodule gen hochgelegenen Geländen. Schenken Sie die bifaziale Solarzelle ein. Laut welcher International Technology Roadmap of Photovoltaics könnten bifaziale Solarzellen solange bis 2030 kombinieren Marktanteil von 70 % des gesamten Photovoltaikmarktes erobern.

Obwohl bifaziale Solarzellen gen Stützpunkt von Siliziumwafern schon gen dem Markt sind, hinken Dünnschichtsolarzellen bisher nachträglich. Dies liegt zumindest teilweise an welcher tendenziell geringen Nutzen bifazialer CIGS-Dünnschichtsolarzellen, die durch ein kritisches Flaschenhalsproblem verursacht wird: Damit jede bifaziale Solarzelle reflektiertes Sonnenlicht gen welcher Rückseite zusammenschließen kann, ist ein optisch transparenter elektrischer Kontakt erforderlich ist Voraussetzung. Dies wird durch die Verwendung eines transparenten leitfähigen Oxids (TCO) erreicht, dies den undurchsichtigen Rückseitenkontakt in konventionellen – aus diesem Grund monofazialen – Solarzellen aus Molybdän ersetzt.

Eine schädliche Oxidbildung
Und da fangen die Probleme an: Hocheffiziente CIGS-Solarzellen werden in welcher Regel durch kombinieren Hochtemperatur-Abscheideprozess hergestellt, aus diesem Grund reichlich 550 Rang. Im Rahmen diesen Temperaturen kommt es jedoch zu einer chemischen Reaktion zwischen dem Gallium (welcher CIGS-Schicht) und dem Sauerstoffgas des transparenten Rückkontakts – einem Sauerstoff-Verbindung. Die resultierende Galliumoxid-Zwischenschicht verkrampft den Wasserlauf des durch Sonnenlicht erzeugten Stroms und verringert somit die Energieumwandlungseffizienz welcher Zelle.

Die höchsten bisher erreichten Werte in einer Einzelzelle sind 9,0 % zu Händen die Vorderseite und 7,1 % zu Händen die Rückseite. „Es ist wirklich schwierig, eine gute Energieumwandlungseffizienz zu Händen Solarzellen mit transparenten leitenden Kontakten gen welcher Vorder- und Rückseite zu gelingen“, sagt Ayodhya N. Tiwari, Leiterin des Empa-Labors zu Händen Dünnschicht und Photovoltaik.

Von dort entwickelte welcher Promovend Shih-Lebenskraft Yang in welcher Menschenschlag von Romain Carron in Tiwaris Laboratorium kombinieren neuen Niedertemperatur-Abscheidungsprozess, welcher viel weniger des schädlichen Galliumoxids produzieren sollte – idealerweise gar keins. Sie verwendeten eine winzige Menge Silber qua eine Betriebsart geheime Zutat, um den Schmelzpunkt welcher CIGS-Mischung zu senken und Absorberschichten mit guten elektronischen Eigenschaften c/o nur 350 Rang Abscheidetemperatur zu erhalten.

Und tatsächlich, qua sie die Mehrschichtstruktur mit hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie mit Hilfe von Tiwaris ehemaligem Postdoc Tzu-Ying Lin, derzeit an welcher Nationalistisch Tsing Hua University in Taiwan, analysierten, konnte dies Team kein Galliumoxid an welcher Grenzfläche nachweisen gar.

Dasjenige ehrgeizige Ziel: eine Energieausbeute von mehr qua 33 %
Dies spiegelte sich unter ferner liefen in einer drastisch verbesserten Energieumwandlungseffizienz wider: Die Zelle lieferte Werte von 19,8 % zu Händen die Frontbeleuchtung und 10,9 % zu Händen die Rückbeleuchtung, die vom Fraunhofer-Institut zu Händen Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg/Deutschland unabhängig zertifiziert wurden – in dieselbe Zelle gen einem Glassubstrat.

Darüber hinaus ist es dem Team unter ferner liefen gelungen, erstmals eine bifaziale CIGS-Solarzelle gen einem flexiblen Polymersubstrat herzustellen, die aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer vielseitige Verwendbarkeit dies Spektrum möglicher Anwendungen erweitert. Und schließlich kombinierten die Forscher zwei Photovoltaik-Technologien – CIGS und Perowskit-Solarzellen – um eine bifaziale „Tandem“-Zelle herzustellen.

Laut Tiwari hat die bifaziale CIGS-Technologie dies Potenzial, Energieumwandlungswirkungsgrade von reichlich 33 % zu gelingen, welches in Zukunft weitere Möglichkeiten zu Händen Dünnschicht-Solarzellen eröffnet. Tiwari versucht ohne Rest durch zwei teilbar, eine Zusammenarbeit mit wichtigen Labors und Unternehmen in ganz Europa aufzubauen, um die Technologieentwicklung und ihre industrielle Herstellbarkeit in größerem Messlatte zu beschleunigen.

Forschungsbericht: SC Yang, TY Lin, M Ochoa, H Lai, R Kothandaraman, Fluor Fu, AN Tiwari und R Carron; Effizienzsteigerung bifazialer Cu(In,Ga)Se2-Dünnschichtsolarzellen zu Händen flexible und Tandemanwendungen mit silberunterstütztem Niedertemperaturprozess

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