Neue Solarzellenmaterialien

In der Solartechnik wird heute zum größten Teil mono- u. multikristallines Silizium (c-Si) für die Herstellung von Solarzellen verwendet. Daneben werden aus amorphem Silizium (a-Si) Dünnschichtzellen gefertigt. Die Materialkosten für diese Technologien sind jedoch sehr hoch.

Um die Solartechnik noch effektiver und kostengünstiger einsetzen zu können ist die Erforschung neuer Materialien notwendig. Dafür sind zur Zeit folgende Materialien zur Herstellung von Solarzellen interessant:

• Cadmium-Tellurid (CdTe), an denen BP Solar arbeitet
• Kupfer-Indium-Gallium-Schwefel-Selen-Verbindungen (je nach Zusammensetzung als Cu(In,Ga)Se2 und CuInS2 oder kurz als CIS, CGS, CIGS und CIGSS bezeichnet), an denen Würth Solar und Siemens Solar arbeiten
• elektrochemische Farbstoff-Solarzellen

Cadmium-Tellurid und Kupfer-Indium-Gallium-Schwefel-Selen-Verbindungen

Diese neuen Materialien sind hochabsorbierend und brauchen deshalb nur ein Tausendstel Millimeter dick zu sein. Bei der Herstellung sind deutlich geringere Reinheitsanforderungen und niedrigere Prozesstemperaturen nötig. Damit wird die integrierte serielle Verschaltung von Zellen zu Modulen auf preiswerten Glassubstraten kostengünstiger möglich.

Der Einsatz von Schwefel statt Selen bringt in dieser Modul-Familie weitere deutliche Kostenvorteile. Problematisch ist allerdings die Ökotoxizität der beteiligten Materialen, die sich als wachstumsbegrenzender Faktor erweisen könnte.

Farbstoffzellen

Neben den oben genannten Festkörpersolarzellen, die Sonnenlicht durch eine geeignete Halbleiterstruktur in elektrische Energie unwandeln, wird an elektrochemischen Farbstoff-Solarzellen geforscht. Hier werden organische Farbstoffe zur Lichtabsorption verwendet.

Die sparsame Verwendung teurer Materialien (Farbstoff, Platin) sowie gute Wirkungsgrade unter diffusem Lichteinfall und bei steigenden Temperaturen machen diesen Zelltyp interessant. Bislang wurde mit diesen Zellen jedoch nur ein geringer und noch nicht sehr stabiler Wirkungsgrad erreicht.

CIS [Würth] und CdTe [A.Schneider]

Potenziale der CuInS2-Solarzelle (pdf)

Prototypen von Farbstoffzellen [Prof. Luther]

Wissenschaftlicher und technischer Status der elektrochemischen Farbstoff-Solarzelle (pdf)