Solarzellen, die zu dünnen und flexiblen Folien verarbeitet werden, eröffnen neue Möglichkeiten bei der Erzeugung erneuerbarer Energien. Die neuen Zellen aus der Schweiz kommen mit einem Wirkungsgrad von 21,4% üblichen Solarzellen sehr nahe.

Flexible Solarzellen können auf Dächern, Fahrzeugen oder allerlei mobilen Geräten verbaut werden. Der Wirkungsgrad von üblichen Solarzellen kann noch nicht erreicht werden, aber die Forschung arbeitet daran. Erst vor kurzem konnte ein neuer Wirkungsgradrekord für flexible Solarzellen erreicht werden, der der Effizienz nicht-biegsamer Zellen nahekommt.

Ein Team von Wissenschaftlern an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa)  in der Schweiz hat den neuen Rekord aufgestellt. Ein Wirkungsgrad von 21,4 Prozent konnte erreicht werden. Gewöhnliche, also nicht biegsame, Solarzellen schaffen bis zu 26,6 Prozent. Das Team in der Schweiz hat jahrelang an den flexiblen Solarzellen namens CIGS aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen gearbeitet. Diese gehören zu nur einer Handvoll Dünnschichtsolarzellen, die sich in der Mainstream-Entwicklung mit Blick auf flexible Anwendungen befinden.

Das Empa-Team hat bereits 1999 einen Rekordwirkungsgrad von 12,8 Prozent aufgestellt, 2005 kamen sie auf 14,1 Prozent, 2010 auf 17,6 Prozent, 2013 auf 20,4 Prozent und 2019 auf 20,8 Prozent. Jahrelange Forschung steckt also in den CIGS-Solarzellen. Für die Herstellung verwenden die Wissenschaftler eine Technik namens Niedertemperatur-Co-Evaporation. Damit wird ein halbleitender Film auf einer dünnen Polymerschicht erzeugt. Durch die Optimierung der Zusammensetzung der Folie und der Alkali-Stoffe konnte das Team ihre Photovoltaik-Leistung steigern.

Der Wirkungsgrad der Solarzelle von 21,38 Prozent blieb über mehrere Monate stabil und wurde von Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme unabhängig verifiziert. Bei der Arbeit an kommerziellen Anwendungen für flexible Solarzellen stellen sich Wissenschaftler vor, sie auf Dächern und Gebäudefassaden, mobiler Elektronik, Flugzeugen und Bodenfahrzeugen einzusetzen. Diese Zellen sind nicht nur leichter und haften an gekrümmten oder komplexen Oberflächen, sondern eignen sich auch für eine billigere Rolle-zu-Rolle-Fertigung, was dazu beitragen könnte, die Kosten für erneuerbare Energien insgesamt zu senken.


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Bild: EMPA