Dünnschichtsolarzellen bieten im Vergleich zu klassischen Halbleiter-Solarzellen aus Silizium die Möglichkeit, die verwendeten Materialien effizienter zu nutzen und Module günstiger herzustellen, weil die Licht absorbierenden Schichten rund 100-mal dünner sind als Siliziumwafer. Anlagen auf Basis der Stoffklasse der Chalkogenide, wie Kupfer-Indium-Gallium-(Di)Selenid (auch bekannt als CIGS), weisen die höchste Effizienz aller Dünnschichttechnologien auf und haben bereits das Stadium der Massenproduktion erreicht. Die aktuellen Produktionsmethoden beruhen jedoch typischerweise auf vakuumbasierten Abscheidungsprozessen, die nur schwer auf grossen Oberflächen anwendbar sind und teure Produktionsanlagen erfordern.

Um sich dieser Herausforderung zu stellen, will das EU-finanzierte, internationale Projekt SCALENANO (Entwicklung und Scale-up von nanostrukturierten Materialien und Verfahren für günstige, hoch effiziente Photovoltaikanlagen auf Chalkogenid-Basis), das bis Mitte 2015 läuft, alternative, vakuumfreie Prozesse entwickeln, die auf dem elektronischen Abscheiden nanostrukturierter Ausgangsstoffe beruhen. Zusätzlich sollen alternative Verfahren mit hohem Durchsatz und hoher Prozessgeschwindigkeit entwickelt und die Methoden auf die nächste Generation von Cu2ZnSn(S,Se)2-basierten Absorbern (so genannte Kesterite) erweitert werden, die ausschliesslich billige und häufig vorkommende Elemente verwenden. Dies wird der europäischen Wettbewerbsfähigkeit in der Photovoltaik einen kräftigen Schub verleihen.

Das Empa-Labor für Dünnschichten und Photovoltaik unter der Leitung von Ayodhya Tiwari erforscht im Rahmen des Projekts die Ablagerung von Kesterite-Absorbern aus Lösungen und Nanopartikeln, untersucht frontale elektrische Kontakte aus transparenten leitfähigen Oxiden und wird anderen Forschenden Referenz-Solarzellen zur Verfügung stellen, die mit Techniken auf Vakuumbasis vorbereitet wurden. Projektleiter Jaroslaw Romanyuk geht davon aus, dass «die Forschungsergebnisse von SCALENANO später nicht nur in der Photovoltaik angewendet werden können, sondern auch in anderen Bereichen, wie beispielsweise bei intelligenten Fenstern und Batterien.»

Quelle: Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt - 13.07.2012.