Wichtiger Fortschritt in der Forschung und Entwicklung neuer Dünnschicht-Photovoltaik-Technologie. Dem Forscherteam um Meng Qingbo vom Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ist es erfolgreich gelungen, großflächige Kupfer-Zink-Zinn-Schwefel-Selen-Dünnschicht-Photovoltaikmodule herzustellen. Der photoelektrische Umwandlungswirkungsgrad der Module erreicht 13,0 % und stellt damit einen neuen Weltrekord für den Wirkungsgrad solcher Module auf. Dies legt ein solides Fundament für die Industrialisierung der nächsten Generation kostengünstiger und umweltfreundlicher Solarzellen. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden online in der internationalen Fachzeitschrift Nature Materials veröffentlicht.

Kupfer-Zink-Zinn-Schwefel-Selen ist ein neuartiges Dünnschicht-Photovoltaikmaterial, das aus auf der Erde reichlich vorhandenen, kostengünstigen und umweltfreundlichen Elementen wie Kupfer, Zink und Zinn besteht und als wichtige Richtung für die nächste Generation nachhaltiger Solarzellen gilt. In den letzten Jahren hat das Team von Meng Qingbo den Weltrekord für den Wirkungsgrad solcher Zellen bereits zehnmal gebrochen. Um diesen „Laborstar" jedoch in die praktische Anwendung zu überführen, steht eine entscheidende Herausforderung bevor: Sobald die Bauteilgröße vergrößert wird, nimmt die Gleichmäßigkeit der Dünnschicht drastisch ab, und auch der Wirkungsgrad „schrumpft" entsprechend.

„Das Problem liegt im Lösungsprozess", erklärt Meng Qingbo. Bei herkömmlichen Verfahren bilden Metallionen und organische Moleküle ein komplexes Vernetzungsnetzwerk, was dazu führt, dass die Lösungsmittelverdampfung, die Elementverteilung und der Kristallisationsprozess ungleichmäßig sind – ähnlich wie beim Teigkneten, wenn zu viele Klumpen entstehen, der ausgerollte Dünnschicht-„Teig" ungleichmäßig dick wird. Aus diesem Grund gingen sie von der molekularen Ebene aus und führten Formamid als „Koordinator" ein, um die Koordinationsstruktur zwischen Metallionen und organischen Molekülen präzise zu regulieren und so erfolgreich dieses Vernetzungs-„Chaos" zu durchbrechen.

Auf der Grundlage dieser Strategie zur molekularen Koordinationsregulierung entwickelte das Team ein für die großflächige kontinuierliche Produktion geeignetes Lösungsbeschichtungsverfahren und stellte auf einem 10 cm² großen Substrat eine hochgradig gleichmäßige Kupfer-Zink-Zinn-Schwefel-Selen-Dünnschicht her. Mit dieser Dünnschicht wurde eine kleine Zelle mit 1 cm² Fläche gefertigt, deren zertifizierter Wirkungsgrad 14,2 % erreicht; und durch Laser-Ritzen wurde ein Modul mit 6 in Reihe geschalteten Teilzellen und einer Gesamtfläche von 10,5 cm² hergestellt, dessen zertifizierter Wirkungsgrad weiterhin beeindruckende 13,0 % beträgt.

„Dies beweist eindrucksvoll, dass die Kupfer-Zink-Zinn-Schwefel-Selen-Dünnschichttechnologie nicht nur im Labormaßstab auf kleiner Fläche gute Ergebnisse erzielt, sondern auch das Potenzial für eine Maßstabsvergrößerung und Industrialisierung besitzt", so Meng Qingbo. Diese Forschung bietet neue Ansätze für die skalierte Herstellung kostengünstiger, grüner Dünnschicht-Photovoltaikmodule.