Derzeit geht es Schlag auf Schlag bei den Solarforschern im Südwesten Deutschlands. Erst vor drei Monaten hatten sie mit 22.0 Prozent Wirkungsgrad eine eigene Bestleistung und damit erneut einen Europarekord erzielt. Die aktuelle Verbesserung um stolze 0,6 Prozentpunkte gelang in einer Laborbeschichtungsanlage mit Hilfe eines Ko-Verdampfungsverfahrens. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat die Ergebnisse bestätigt. Die vom ZSW produzierte Rekordzelle ist rund 0.5 Quadratzentimeter gross, ein übliches Mass für Versuchszellen. Der aktuelle Rekord wurde durch Verbesserungen an mehreren Stellen des Produktionsprozesses erzielt, u.a. durch die Optimierung des Alkali-Nachbehandlungs-prozesses der CIGS-Oberfläche.

Rasant verbesserte Wirkungsgrade
Der Fortschritt in der Dünnschichtphotovoltaik hat sich innerhalb weniger Jahre stark beschleunigt: Von 1998 bis 2013 wurden nur alle zwei bis drei Jahre Rekorde erreicht. Der Wirkungsgrad stieg jährlich durchschnittlich um 0.1 Prozentpunkte. Seit knapp drei Jahren fallen die Weltrekorde nun im Halbjahresrhythmus. Die Wachstumsraten betragen gegenwärtig im Schnitt 0.7 Prozentpunkte pro Jahr. Mit den jüngsten Forschungsergebnissen könnte sich bald eine ernsthafte Konkurrenz zu der seit Jahren marktbeherrschenden Silizium-Photovoltaik entwickeln. Der Vorsprung gegenüber multikristallinen Siliziumzellen beträgt nun 1.3 Prozentpunkte.

Noch kein Ende der Fahnenstange in Sicht
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 Prozent Wirkungsgrad erreichen können“, sagt Prof. Dr. Michael Powalla, ZSW-Vorstand und Leiter des Geschäftsbereichs Photovoltaik.

Auch bei anderen wichtigen Kennzahlen verbessert sich Dünnschichtphotovoltaik: Die CIGS-PV liegt bei den Modul-Wirkungsgraden, die immer 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 Prozent 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.

Vom Labor in die Produktion
In den kommenden Monaten wird das ZSW gemeinsam mit dem Industriepartner Manz AG 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.

Text: Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)