Dies funktionierte durch die Entwicklung eines verbesserten Bedampfungsprozesses. Das neue Verfahren lässt sich sowohl auf Kunststoff- als auch auf Metallfolien anwenden. «Wir haben den Rekord schon seit 1999 gehalten, ihn aber seit damals in mehreren Schritten verbessert. Mit einer momentanen Energieeffizienz von 18,7 Prozent können wir uns schon mit Solarzellen auf Glassubstraten messen», sagt Tiwari.
Niedrige Temperaturen
Kunststofffolien sind wesentlich temperaturempfindlicher als Glas. Das hat die Effizienz der Polymerfilme in der Photovoltaik bisher begrenzt, da beim Bedampfen mit höheren Temperaturen bessere Ergebnisse erzielt werden können. «Bei Glas werden Temperaturen von etwa 600 Grad Celsius verwendet. Das halten die Kunststofffolien nicht aus. Wir haben ein Niedrigtemperaturverfahren entwickelt, das dieses Problem löst», so Tiwari. Die Folien werden bei etwa 450 Grad Celsius mit einer Schicht aus Kupfer, Indium, Gallium, Diselenid (CIGS) bedampft, die Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt. Bei diesen vergleichsweise niedrigen Temperaturen entsteht normalerweise eine Schicht aus den vier Komponenten, die nicht die gewünschten Eigenschaften hat.
Durch den neu entwickelten Prozess ist es durch eine exakte Kontrolle des Auftrags der einzelnen Stoffe möglich, eine Schicht mit der gewünschten Zusammensetzung zu erhalten, was eine Steigerung der Effizienz erlaubte. «Ich sehe keinen Grund, warum sich die Energieeffizienz in Zukunft nicht auf über 20 Prozent steigern lassen sollte.
Flexible Solarzelle der Empa. /
Die momentane Lehrmeinung ist, dass es eine praktisch erreichbare Obergrenze bei 25 Prozent gibt», so Tiwari. Die neue Bedampfungstechnik lässt sich auch auf Metallfolien anwenden, allerdings erreichen solche Elemente mit 17,7 Prozent Effizienz nicht ganz die hervorragenden Werte der Kunststoff-Variante. Dafür brauchen die Zellen auf Metallfolien durch die neue Technik keine Sperrschichten aus Oxid oder Nitrid mehr, was die Kosten zusätzlich senkt.
Geringe Kosten
Das grösste Potenzial der flexiblen Solarzellen liegt in ihren geringen Kosten. «Im grossen Massstab produziert können die Produktionskosten bis zu 50 Prozent geringer sein als bei soliden Zellen. Betrachtet man die Balance-of-System-Kosten ergeben sich noch weitere Einsparungen: Durch das geringe Gewicht verringert sich beispielsweise der Aufwand für Transport und Installation enorm», erklärt Tiwari. Um die Kosten tatsächlich so weit zu drücken, sollen die flexiblen Solarzellen künftig im Roll-to-Roll-Verfahren produziert werden, das man auch beim Bedrucken von Nahrungsmittelverpackungen verwendet. So wäre es möglich, in kurzer Zeit sehr grosse Mengen zu produzieren, mit Maschinen, die wenig Platz einnehmen.
Momentan arbeitet ein Start-up an der Kommerzialisierung der neuen Technologie. Tiwari, der an der Firma beteiligt ist, sieht grosses Potenzial für die Zukunft. «Wir gehen die Sache eher konservativ an. Wie lange es dauern wird, bis wir die Technologie auf den Markt bringen, lässt sich momentan schwer abschätzen. Vorher wollen wir den nächsten Schritt in Richtung industrieller Produktion machen. Ausserdem gibt es auch in der Forschung einiges zu verbessern», sagt Tiwari gegenüber pressetext.
