Die Rückkontakt-Lücke schließen
Dünnfilm-Solarzellen, die aus Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) bestehen, haben vor allem aufgrund leistungsstärkerer Materialeigenschaften zu entscheidenden Effizienzverbesserungen geführt. Da die Marge für Verbesserungen, die ausschließlich auf Material basieren, bald erreicht ist, arbeiten die von der EU geförderten Wissenschaftler des Projekts „PercIGS“ (PERCIGS) an der Entwicklung einer neuen Gerätestruktur, um die Effizienz über die theoretischen Grenzen hinaus zu steigern. Im Fokus lag eine Reduzierung der Oberflächenrekombination der Ladungsträger am Rückkontakt, da dort die Rekombinationsraten typischerweise hoch sind. Die Struktur der Oberflächen und Schnittstellen spielt für die Rekombination eine wichtige Rolle. Die Siliziumsolarzellenindustrie profitiert von einer Passivierungsschicht an der hinteren Oberfläche (eine Beschichtung, um die Oberfläche weniger reaktiv, passiver zu machen), die mikrongroße Öffnungen aufweist. Inspiriert von diesem Konzept führten die PERCIGS-Wissenschaftler eine Oberflächenpassivierungsschicht mit Kontakten im Nanobereich in die CIGS-Dünnfilmsolarzellen ein, um das Rekombinationsproblem zu lösen. Es wurden drei verschiedene Methodologien für die Integrierung der 2D-Passivierungsschichten in die CIGS-Solarzellen angewandt. Zwei industriell taugliche Ansätze wurden als Konzeptnachweis entwickelt und eine Modelltesteinstellung wurde erstellt. Für die industriell durchführbaren Technologien wurde Aluminiumoxid als Passivierungsschicht verwendet, Unterschiede bestanden jedoch im Hinblick auf die Kontaktmethode. Zum einen wurden lokale Kontaktstellen verwendet, die während der Cadmiumsulfid-Deposition während des chemischen Bads durch Nanosphärenpräzipitation geformt wurden. Zum anderen wurden Molybdän-Nanopartikel verwendet, die in hochionisiertem gepulstem Plasma erzeugt worden waren. Bei der Integrierung der CIGS-Solarzellen mit ultradünnen Absorbierungsschichten erhöhte sich die Effizienz der Solarzellen aufgrund einer verbesserten Passivierung und optischen Isolierung. Ferner wurden unter Anwendung der Elektronenlithographie neuartige Kontakte im Nanobereich geschaffen. Die Kontakte verbesserten die Solarzelleneffizienz in ähnlicher Weise und werden sich ausgezeichnet als Modell zur Untersuchung neuer Konzepte eignen. Die durchgeführte Pionierarbeit führte zu mehreren Vortragseinladungen zu internationalen Konferenzen und zu Artikeln in prestigeträchtigen Peer-Review-Wissenschaftszeitschriften. Auch wenn der Fokus auf Dünnfilm-CIGS-Solarzellen liegt, ist eine Übertragung auf andere Dünnfilmtechnologien ohne Weiteres möglich. Die Zukunft neuer Solarzellen-Rückkontakt-Passivierungstechniken, die potenzielle Vorteile für Hersteller, Verbraucher und die Umwelt bieten, scheint vielversprechend.
