IBM-Forschung verbessert Solarzellen

Wissenschaftler am IBM-Forschungslabor haben die Effizienz von Dünnschicht-Solarzellen um 40 Prozent verbessert. In einem jetzt in der Fachzeitschrift Advanced Materials veröffentlichten Aufsatz berichten die Forscher um David Mitzi, wie sie den Wirkungsgrad von bislang 6,7 auf 9,6 Prozent gesteigert haben. Zugleich sei es ihnen gelungen, ein billiges Herstellungsverfahren zu entwickeln. Der Schlüssel zum Erfolg ist das neue Material, das die IBM-Wissenschaftler verwendet haben: Eine Halbleiterverbindung aus Kupfer, Zink, Zinn und Selen (CZTS).

Die IBM-Solarzelle könnte sich schon bald zur Alternative zu herkömmlichen Dünnschicht-Solarzellen entwickeln. Denn in den gängigen Dünnschichtzellen wird entweder Cadmiumtellurid oder eine Kupferindiumgallium-Verbindung verwendet. Tellur ist allerdings extrem selten – und Indium sowie Gallium sind rund zehnmal teuerer als das in den IBM-Zellen verwendete Selen.

Ein neues, auf einem Druckprozess basierendes Herstellungsverfahren soll die Produktion außerdem sehr viel günstiger machen als bisher. Eigentlich sind die in der CZTS-Zelle verwendeten Zink-Verbindungen nicht löslich; deswegen musste man in solchen Fällen bisher auf das Bedampfen im Vakuum zurückgreifen. Die IBM-Forscher stellten nun aber eine Art Paste her, in der die Zink-Teilchen fein verteilt waren. Diese Paste strichen sie auf das Substrat, ließen das Lösungsmittel verdampfen und erzeugten so einen dünnen Film.

Im nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler die Effizienz der Zellen auf zwölf Prozent steigern, sodass sichergestellt ist, dass sie auch bei Zellen aus der Massenproduktion nicht unter 10 Prozent fallen. Außerdem wollen sie das Selen komplett durch Schwefel ersetzen. (wst)