Physik-Institut der Chinesischen Akademie der Wissenschaften stellt mit 13,0 % neuen Weltrekord für die Effizienz von CZTSSe-Photovoltaikmodulen auf

de.wedoany.com-Bericht: Das Forscherteam um Professor Meng Qingbo vom Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat großflächige CZTSSe-Dünnschicht-Photovoltaikmodule mit einer photoelektrischen Umwandlungseffizienz von 13,0 % hergestellt und damit den Weltrekord für die Effizienz solcher Module gebrochen. Die Ergebnisse wurden online in Nature Materials veröffentlicht.

CZTSSe 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 nachhaltige Solarzellen der nächsten Generation gilt. In den letzten Jahren hat das Team von Meng Qingbo bereits zehnmal den Weltrekord für die Effizienz solcher Zellen gebrochen. Allerdings nimmt die Gleichmäßigkeit der Dünnschicht bei einer Vergrößerung der Bauelementgröße drastisch ab, und auch die Effizienz sinkt entsprechend – ein zentrales Hindernis für die praktische Anwendung dieser Technologie.

Meng Qingbo erläuterte, dass das Problem im Lösungsprozess liegt. Bei herkömmlichen Verfahren bilden Metallionen und organische Moleküle ein komplexes Vernetzungsnetzwerk, was zu ungleichmäßiger Lösungsmittelverdampfung, Elementverteilung und Kristallisationsprozessen führt – ähnlich wie bei der Teigherstellung, wenn zu viele Klumpen entstehen und der ausgerollte „Teigfladen" ungleichmäßig dick wird. Aus diesem Grund ging das Team auf molekularer Ebene vor und führte Formamid als Koordinationsregulator ein, um die Koordinationsstruktur zwischen Metallionen und organischen Molekülen präzise zu steuern und dieses Vernetzungsnetzwerk aufzubrechen.

Auf der Grundlage dieser molekularen Koordinationsregulierungsstrategie entwickelte das Team ein für die großflächige kontinuierliche Produktion geeignetes Lösungsbeschichtungsverfahren und stellte auf einem 10 cm² großen Substrat eine hochgradig gleichmäßige CZTSSe-Dünnschicht her. Mit dieser Dünnschicht wurde eine kleine Zelle von 1 cm² gefertigt, die eine zertifizierte Effizienz von 14,2 % erreichte; nach der Laser-Scribierung zu einem Modul mit 6 in Reihe geschalteten Teilzellen und einer Gesamtfläche von 10,5 cm² wurde eine zertifizierte Effizienz von 13,0 % erzielt.

Meng Qingbo erklärte, dass diese Studie beweise, dass die CZTSSe-Dünnschichttechnologie nicht nur im Labormaßstab auf kleinen Flächen gute Leistungen erbringt, sondern auch das Potenzial für eine skalierte Produktion und industrielle Anwendung besitzt, und biete neue Ansätze für die großflächige Herstellung kostengünstiger, umweltfreundlicher Dünnschicht-Photovoltaikmodule.