Kupfer-Indium-Gallium-Selenid: Ein vielversprechender Kandidat für Dünnschicht-Solarzellen!

Die Welt steht vor einer enormen Herausforderung: Die Bereitstellung sauberer und erneuerbarer Energie, um den steigenden globalen Energiebedarf zu decken und gleichzeitig die Klimakrise zu bekämpfen. In diesem Kontext gewinnen neue Materialien für Solarenergie immer mehr an Bedeutung.

Ein vielversprechender Kandidat in diesem Bereich ist Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS), ein Dünnschichtmaterial, das sich durch hohe Effizienz, niedrige Produktionskosten und Umweltfreundlichkeit auszeichnet.

Was macht CIGS so besonders?

CIGS gehört zur Klasse der Chalkogenide und zeichnet sich durch eine einzigartige Bandlücke aus, die es ermöglicht, Sonnenlicht effizient in elektrische Energie umzuwandeln. Im Vergleich zu traditionellen Silizium-Solarzellen können CIGS-Solarzellen mit einer vergleichbaren Größe mehr Strom erzeugen.

Die Effizienz von CIGS-Solarzellen kann je nach Herstellungsprozess und Materialzusammensetzung variieren. In Laborbedingungen wurden Rekordwirkungsgrade von über 23 % erreicht. In der Praxis liegen die Wirkungsgrade kommerzieller CIGS-Module typischerweise zwischen 15 % und 20 %.

Vorteile von CIGS gegenüber anderen Solartechnologien:

• Hohe Effizienz: CIGS-Solarzellen können Sonnenlicht effizienter in Strom umwandeln als viele andere Dünnschichttechnologien.
• Niedrige Produktionskosten: Die Herstellung von CIGS-Solarzellen ist im Vergleich zu Silizium-Solarzellen kostengünstiger, da die benötigten Materialien weniger aufwendig zu gewinnen sind.
• Flexibilität: CIGS kann auf flexiblen Substraten wie Polymerfolien oder Glas deponiert werden, was neue Anwendungsmöglichkeiten für tragbare Solargeräte und integrierte Photovoltaik in Gebäudehüllen eröffnet.
• Umweltfreundlichkeit: Die Herstellung von CIGS-Solarzellen erzeugt weniger giftige Abfälle als die Produktion konventioneller Silizium-Solarzellen.

Herstellungsprozess von CIGS-Solarzellen:

CIGS-Solarzellen werden durch ein mehrstufiges Verfahren hergestellt, bei dem dünne Schichten der verschiedenen Metalle (Kupfer, Indium, Gallium und Selen) auf einem Substrat abgeschieden werden.

Hierbei kommen verschiedene Abscheidungsverfahren zum Einsatz:

• Co-Evaporation: Die einzelnen Metalle werden gleichzeitig in einer Vakuumkammer verdampft und auf dem Substrat abgelagert.
• Sputtern: Die Metallatome werden durch Beschuss mit Ionen aus dem Targetmaterial gelöst und auf das Substrat geschleudert.

Nach dem Abscheiden der Schichten werden die CIGS-Solarzellen in einem Prozess namens “Annealing” bei hohen Temperaturen behandelt, um die Kristallstruktur des Materials zu verbessern und die Effizienz der Solarzelle zu erhöhen.

Anwendungen von CIGS-Solarzellen:

CIGS-Solarzellen finden Anwendung in verschiedenen Bereichen, darunter:

• Gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV): Dank ihrer Flexibilität können CIGS-Solarzellen in Fenster, Fassaden und Dachziegel integriert werden.
• Mobile Anwendungen: CIGS-Solarzellen sind aufgrund ihrer leichten Bauweise und hohen Effizienz ideal für tragbare Solargeräte wie Taschenlampen, Ladegeräte oder Solarrucksäcke.
• Off-Grid-Anwendungen: CIGS-Solarzellen können in abgelegenen Gebieten eingesetzt werden, um Strom für Elektrizitätsnetze, Pumpensysteme oder Beleuchtung zu liefern.

Herausforderungen und zukünftige Entwicklungen:

Trotz ihrer vielen Vorteile stehen CIGS-Solarzellen noch vor einigen Herausforderungen:

• Langzeitstabilität: Die Langzeitstabilität von CIGS-Solarzellen kann unter bestimmten Bedingungen (z. B. hoher Temperatur oder Feuchtigkeit) beeinträchtigt werden.
• Skalierbarkeit: Die Produktion von CIGS-Solarzellen muss skaliert werden, um den steigenden Bedarf an Photovoltaik-Anlagen zu decken.

Die Forschung und Entwicklung konzentrieren sich daher auf die Verbesserung der Langzeitstabilität und die Reduzierung der Produktionskosten von CIGS-Solarzellen. Neue Abscheidungsverfahren und Materialkombinationen werden erforscht, um die Effizienz und Lebensdauer der Solarzellen weiter zu steigern.

CIGS ist ein vielversprechender Kandidat für die Zukunft der Solarenergie. Seine hohe Effizienz, niedrigen Produktionskosten und Flexibilität machen es zu einer attraktiven Alternative zu traditionellen Silizium-Solarzellen. Mit kontinuierlichen Fortschritten in der Forschung und Entwicklung wird CIGS eine Schlüsselrolle bei der Energiewende spielen.

CIGS könnte bald der neue Star unter den Solarmaterialien werden – wer weiß, vielleicht tragen Sie schon bald einen Rucksack mit integrierter CIGS-Solarzelle!