https://wiki-de.moshellshocker.dns64.de/index.php?action=history&feed=atom&title=CIGS-SolarzelleCIGS-Solarzelle - Versionsgeschichte2026-06-07T13:36:16ZVersionsgeschichte dieser Seite in Wikipedia (Deutsch) – Lokale KopieMediaWiki 1.43.8https://wiki-de.moshellshocker.dns64.de/index.php?title=CIGS-Solarzelle&diff=1513110&oldid=previmported>APPERbot: Bot: Neue Url für www.admin.ch/de/start/dokumentation/medienmitteilungen.msg-id-<Id>.html, Aliasparameter ersetzt2025-04-24T16:19:15Z<p>Bot: Neue Url für www.admin.ch/de/start/dokumentation/medienmitteilungen.msg-id-<Id>.html, Aliasparameter ersetzt</p>
<p><b>Neue Seite</b></p><div>Die '''CIGS-Solarzelle''' stellt einen Typ von [[Solarzelle]] dar, deren Absorber aus dem Werkstoff [[Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid]] (CIGS) besteht. CIGS-Solarzellen besitzen im Gegensatz zu kristallinen [[Silizium]]-Solarzellen einen [[Absorber (Physik)|Absorber]] mit einer [[Bandlücke#Arten (mit Bandstrukturdiagramm)|direkten Bandlücke]], weshalb das Material einen höheren [[Absorptionskoeffizient]]en hat und Licht wesentlich besser [[Absorption (Physik)|absorbiert]]. Dadurch ist der CIGS-Absorber je nach Hersteller nur 1–2&nbsp;µm dick und kann mit [[Dünnschichttechnologie]] gefertigt werden, während Dickschicht-Solarzellen auf Siliziumbasis mindestens ca. 150&nbsp;µm dick sind. Durch die geringe Dicke ist es möglich, deutlich weniger Halbleitermaterial zu verwenden.<br />
<br />
[[Datei:Cigsep.jpg|mini|Dünnschicht-CIGSe-Solarzelle auf [[Polyimid]]-Substrat]]<br />
Da durch die geringen Schichtdicken die Wegstrecken der Photoladungsträger zwischen Erzeugung und Sammlung kürzer sind, kann Absorbermaterial mit einer kürzeren Diffusionslänge der [[Minoritätsladungsträger]] als bei kristallinen Silizium-Solarzellen eingesetzt werden. Daher werden Dünnschichtsolarzellen aus [[polykristall]]inem CIGS hergestellt, was den notwendigen Energieaufwand und die Kosten gegenüber der Herstellung von monokristallinem Silizium reduziert. Durch die geringen Schichtdicken können bei entsprechender Substratwahl auch leichte und sogar flexible [[Solarmodul]]e für Anwendungen im Bereich der [[Photovoltaik]] hergestellt werden. Des Weiteren können Module direkt in einer Produktionslinie hergestellt werden – ohne den Umweg über einzelne Solarzellen, die anschließend verschaltet werden.<br />
<br />
== Aufbau ==<br />
[[Datei:CIGS-scheme.png|mini|hochkant=1.8|Schematischer Querschnitt einer Cu(In,Ga)Se<sub>2</sub>-Solarzelle]]<br />
Die Grafik zeigt einen schematischen Querschnitt einer Cu(In,Ga)Se<sub>2</sub>-Solarzelle mit den entsprechenden Schichtdicken. Auch wenn flexible Substrate Vorteile bieten, wird bisher noch meist Glas als Substrat verwendet. Das Substrat wird mit [[Molybdän]] (Mo) beschichtet, das als Rückkontakt dient.<br />
<br />
Der namensgebende Halbleiter Cu(In,Ga)Se<sub>2</sub> wird auch als Absorber bezeichnet, da hier ein Großteil des eingestrahlten Lichts aufgenommen wird. Er ist durch intrinsische Defekte des Materials leicht p-dotiert. Als n-dotierte Schicht wird [[Zinkoxid]] (ZnO) mit [[Aluminium]] (Al) stark dotiert ([[aluminiumdotiertes Zinkoxid]], AZO, ZnO:Al) und bildet eine [[transparente leitfähige Oxidschicht]] (TCO). Bedingt durch die recht hohe Bandlücke des Zinkoxids (''E''<sub>g,ZnO</sub>&nbsp;=&nbsp;3,2&nbsp;eV) ist diese Schicht für sichtbares Licht durchlässig. Daher wird sie auch als Fenster bezeichnet. Zwischen Fenster und Absorber befinden sich Pufferschichten aus [[Cadmiumsulfid]] (CdS) und undotiertem ZnO. Die Forschung beschäftigt sich wegen der Toxizität des Cadmiumsulfids und der Hoffnung auf Stromzugewinne auch mit alternativen Puffermaterialien ([[Indiumsulfid|In<sub>2</sub>S<sub>3</sub>]], Zn(O,S), (Zn,Mg)O u.&nbsp;a.). Der [[p-n-Übergang]] ist ein Heteroübergang, das heißt, die p- und n-dotierten Schichten bestehen aus unterschiedlichen Halbleitern. Die asymmetrische Dotierung der Schichten ergibt eine asymmetrische [[Raumladungszone]], die sich tiefer in den Absorber erstreckt als in das ZnO.<br />
<br />
Während die Mo- und ZnO-Schichten durch [[Sputterdeposition]] hergestellt werden und CdS zumeist in einem [[Chemische Badabscheidung|chemischen Bad abgeschieden]] (engl. {{lang|en|''chemical bath deposition''}}, CBD) wird, gibt es verschiedene Varianten, den Absorber herzustellen. Am verbreitetsten sind die gleichzeitige [[Thermisches Verdampfen|thermische Verdampfung]] der Elemente bzw. das Abscheiden der Metalle (Cu, In, Ga) durch [[Elektroplattieren]], Sputterdeposition oder andere Verfahren mit anschließender Erhitzung in einer Selen-Atmosphäre.<br />
<br />
== Wirkungsgrade ==<br />
Der Wirkungsgradrekord für ein CIGS-Solarmodul wurde im Herbst 2015 von der Firma ''[[TSMC|TSMC Solar]]'' aufgestellt und beträgt 16,5 % gerechnet auf die Modulfläche (Stand: Feb. 2016).<ref>{{Webarchiv | url=http://www.tsmc-solar.com/Assets/downloads/en-US/TSMC_Solar_Press_Release_EN_April_28_2015.pdf | wayback=20160220174136 | text=TSMC Solar Commercial-size Modules (1.09m2) Set CIGS 16.5% Efficiency Record}} (Pressemitteilung)</ref><br />
Bei kleinen Laborzellen werden höhere Wirkungsgrade erreicht, die kontinuierlich und in immer kürzeren Abständen gesteigert wurden:<br />
* Mit 20,1 % (bei 0,5&nbsp;cm²) wurde im [[Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg]] (ZSW) im April 2010 der bis dahin weltweit höchste Wert für Dünnschicht-[[Solarzelle]]n erreicht. Zuvor hatte 16 Jahre lang den höchsten Wirkungsgrad das US-Forschungsinstitut NREL erzielt.<ref>http://www.zsw-bw.de/index.php?id=111</ref><br />
* Dieser Wert wurde an der [[Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt]] im Januar 2013 von einer CIGS-Solarzelle auf Plastikfolie mit 20,4 %<ref>http://www.empa.ch/web/s604/weltrekord</ref> übertroffen.<br />
* Im Oktober 2013 steigerte ihn das ZSW auf 20,8 %, also höher als den Wirkungsgrad kristalliner Solarzellen.<ref>ZSW: {{Webarchiv | url=http://www.zsw-bw.de/infoportal/aktuelles/aktuelles-detail/zsw-stellt-weltrekord-solarzelle-her.html | wayback=20140204011735 | text=''ZSW stellt CIGS-Rekordzelle her''}}, Presseinformation vom 23. Oktober 2013.</ref><br />
* Im Dezember 2015 veröffentlichte die Firma Solar Frontier einen Rekord von 22,3 %<ref>Solar Frontier Pressemitteilung: {{Webarchiv | url=http://solar-frontier.com/eng/news/2015/C051171.html | wayback=20160220174132 | text=Archivierte Kopie}}</ref>.<br />
* Bereits im Juni 2016 konnte dann wiederum das ZSW melden, mit 22,6 % einen neuen Weltbestwert aufgestellt zu haben<ref>{{Internetquelle |url=https://www.zsw-bw.de/presse/aktuelles/detailansicht/news/detail/News/zsw-stellt-neuen-weltrekord-bei-duennschicht-solarzellen-auf.html |titel=ZSW stellt neuen Weltrekord bei Dünnschicht-Solarzellen auf |werk=www.zsw-bw.de |abruf=2016-06-16}}</ref>.<br />
* Im Dezember 2017 veröffentlichte die Firma Solar Frontier eine neue Rekordeffizienz von 22,9 %<ref>{{Internetquelle |url=http://www.solar-frontier.com/eng/news/2017/1220_press.html |titel=2017 |abruf=2018-02-03}}</ref>.<br />
* Am 17. Januar 2019 veröffentlichte die Firma Solar Frontier einen neuen Rekordwirkungsgrad von 23,35 %<ref>{{Internetquelle |autor= |url=http://www.solar-frontier.com/eng/news/2019/0117_press.html |titel=Solar Frontier Achieves World Record Thin-Film Solar Cell Efficiency of 23.35% |werk= |hrsg=Solar Frontier K.K. |datum=2019-01-17 |abruf=2019-06-18 |sprache=en}}</ref>.<br />
* Am 4. Dezember 2019 veröffentlichte die Firma NICE Solar Energy einen neuen Rekordwirkungsgrad von 17,6 % auf einem Module der Größe 120&nbsp;cm × 60&nbsp;cm (Total Area 0,72&nbsp;m²). Der neue Effizienzrekord wurde vom TÜV Rheinland bestätigt.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.pv-magazine.de/2019/12/04/manz-joint-venture-nice-solar-energy-vermeldet-wirkungsgradrekord-von-176-prozent-fuer-cigs-module/ |titel=Manz-Joint-Venture Nice Solar Energy vermeldet Wirkungsgradrekord von 17,6 Prozent für CIGS-Module |datum=2019-12-04 |abruf=2020-02-26 |sprache=de-DE}}</ref><br />
* Im Frühjahr 2020 wurde im Forschungsprojekt speedCIGS ein neuer Rekordwirkungsgrad von 24,3 % erreicht.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.wb-fernstudium.de/ueber-uns/hochschule/news-presse-termine/detail/erneuter-weltrekord-des-forschungsprojekts-speedcigs.html |titel=Erneuter Weltrekord des Forschungsprojekts speedCIGS |abruf=2020-07-13}}</ref><br />
* Im Dezember 2022 meldete die [[Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt]], dass dank eines Tieftemperatur-Produktionsprozesses ein Wirkungsgrad von 19,8 % für die Vorderseite und 10,9 % für die Rückseite erreicht wurde, was einem Total von 30,7 % entspricht.<ref name=":0">{{Internetquelle |url=https://www.empa.ch/web/s604/bifacial-cigs |titel=Empa - Communication - Bifacial-CIGS |sprache=de-DE |abruf=2022-12-14}}</ref><ref name=":1">{{Literatur |Autor=Shih-Chi Yang, Tzu-Ying Lin, Mario Ochoa, Huagui Lai, Radha Kothandaraman, Fan Fu, Ayodhya N. Tiwari, Romain Carron |Titel=Efficiency boost of bifacial Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells for flexible and tandem applications with silver-assisted low-temperature process |Sammelwerk=Nature Energy |Datum=2022-11-21 |ISSN=2058-7546 |DOI=10.1038/s41560-022-01157-9 |Seiten=1–12 |Online=https://www.nature.com/articles/s41560-022-01157-9 |Abruf=2022-12-14}}</ref> Die Ergebnisse wurden vom [[Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme]] bestätigt.<ref name=":0" /><br />
<br />
== Vorteile und Nachteile ==<br />
Durch die geringe Schichtdicke wird weniger Halbleitermaterial verbraucht und bei entsprechender Stückzahl wird eine kostengünstigere Herstellung als bei der Dickschicht-Technik erwartet. Die Energieamortisationszeit ist für Dünnschichtsolarzellen ebenfalls geringer als für Dickschicht-Solarzellen.<ref>{{Literatur |Autor=Rolf Frischknecht, René Itten, Parikhit Sinha, Mariska de Wild-Scholten, Jia Zhang |Hrsg=IEA International Energy Agency, IEA PVPS Task 12, Subtask 2.0 |Titel=Life Cycle Inventories and Life Cycle Assessments of Photovoltaic Systems |Band=LCA Report IEA-PVPS |Nummer=T12-04:2015 |Datum=2015 |ISBN=978-3-906042-28-2}}</ref> Einschränkungen bei der Massenproduktion von CIGS-Modulen könnte es geben, da der Rohstoff [[Indium]] relativ knapp ist und auch in anderen technologischen Produkten auf Halbleiterbasis (z.&nbsp;B. [[Flachbildschirm]]e) Verwendung findet.<ref>{{Literatur |Autor=Björn A. Andersson |Titel=Materials availability for large-scale thin-film photovoltaics |Sammelwerk=[[Progress in Photovoltaics]]: Research and Applications |Band=8 |Nummer=1 |Datum=2000 |Seiten=61–76 |DOI=10.1002/(SICI)1099-159X(200001/02)8:1<61::AID-PIP301>3.0.CO;2-6}}</ref> Indium ist heute ein Beiprodukt bei der Zinkgewinnung, könnte aber in Zukunft auch direkt abgebaut werden.<ref>{{Internetquelle |autor=Amy C. Tolcin |url=https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/indium/mcs-2009-indiu.pdf |titel=Mineral Commodity Summaries – Indium |werk=U.S. Geological Survey |hrsg=USGS |datum=2009-01 |format=PDF |sprache=en |abruf=2017-03-27}}</ref> Wegen der Dünnschichttechnologie werden jedoch nur sehr geringe Mengen an Indium für die Solarzellen-Herstellung benötigt. Im Vergleich zu kristallinen Solarzellen ist die Entsorgung von CIGS-Solarzellen, die Cadmium enthalten, am Ende ihrer Lebenszeit deutlich aufwändiger, da das Materialgemisch giftig ist. Daneben werden bei Bränden größere Mengen an giftigen Verbindungen freigesetzt, falls die Solarzelle Cadmium enthält. Während in Laboratorien noch immer CIGS-Solarzellen mit einer CdS-Pufferschicht der Standard sind, werden industrielle CIGS-Solarzellen häufig ohne CdS-Pufferschicht und alternativem Frontseitenkontakt hergestellt.<br />
<br />
CIGS-Solarzellen werden in der Regel in einem Hochtemperatur-Abscheideverfahren hergestellt, sprich bei Temperaturen über 550&nbsp;[[Grad Celsius|°C]].<ref name=":0" /> Bei diesen Temperaturen kommt es jedoch zu einer chemischen Reaktion zwischen dem [[Gallium]] in der CIGS-Schicht und dem [[Sauerstoff]] des transparenten Rückkontakts – ein [[Oxide|Oxid]].<ref name=":0" /> Die daraus resultierende [[Gallium(III)-oxid|Galliumoxid]]-Grenzschicht blockiert den Fluss des Solarstroms und verringert somit die Energieumwandlungseffizienz der Zelle.<ref name=":0" /> Durch das Hinzufügen von einer geringen Menge [[Silber]] kann der [[Schmelzpunkt]] der CIGS-[[Legierung]] auf 353&nbsp;°C gesenkt werden.<ref name=":0" /> Dank dieses neuen Niedertemperatur-Abscheidungsprozesses kann die Entstehung von unerwünschtem Galliumoxid verringert, oder sogar komplett verhindert werden.<ref name=":1" /><br />
<br />
== Hersteller ==<br />
Wie in der übrigen Photovoltaik, unterliegen auch die Hersteller von CIGS-Modulen einer starken Fluktuation. In den letzten Jahren haben viele Hersteller aufgegeben (z.&nbsp;B. CIS Solartechnik, Heliovolt, Nanosolar, Soltecture, Solyndra, TSMC Solar). Auf der anderen Seite sind neue Unternehmen erschienen. Große Hersteller sind unter anderem (Stand Feb. 2016):<ref>https://www.greentechmedia.com/articles/read/TSMC-Shutting-Down-CIGS-Thin-Film-Solar-Manufacturing</ref><br />
* Avancis GmbH (DEU) (Tochter des chinesischen Baukonzerns [[CNBM]])<br />
* Global Solar (USA) (Teil des chinesischen Energieversorgers [[Hanergy]])<br />
* NICE Solar Energy GmbH (internationales Forschungs-Joint Venture) (früher Manz CIGS Technology GmbH, davor Würth Solar)<br />
* MiaSolé (USA) (Teil des chinesischen Energieversorgers [[Hanergy]])<br />
* Solar Frontier K. K. (JPN) (größter CIGS-Hersteller mit mehr als 1000 MWp Jahreskapazität<ref>{{Webarchiv | url=http://solar-frontier.com/eng/company/index.html | wayback=20160220174139 | text=Archivierte Kopie}}</ref>, verwendet keine Schwermetalle wie Cadmium Cd oder Blei Pb<ref>{{Internetquelle |url=http://www.solar-frontier.com/eng/technology/Ecology/index.html |titel=Solar Frontier, Technology, Ecology |hrsg=Solar Frontier |abruf=2017-03-27}}</ref>)<br />
* Solibro (SWE) (Teil des chinesischen Energieversorgers [[Hanergy]])<br />
* Solopower (USA)<br />
* Stion (USA)<br />
* Flisom (Schweiz)<br />
<br />
== Flexible CIGS-Solarzellen ==<br />
Neben der Abscheidung auf Glas-Substraten wird an der Markteinführung von flexiblen CIGS-Solarzellen und -Modulen gearbeitet. Als Substrate werden neben [[Metallfolie]]n auch Hochtemperatur-Polymere wie zum Beispiel [[Polyimid]] eingesetzt. Auf Polyimidfolie wurden im Labor der [[EMPA]] in der Schweiz bereits 2011 Wirkungsgrade von 18,7 %<ref name="FLISOM EMPA">{{Internetquelle |url=https://www.empa.ch/web/s604/01-mm-gigs |titel=Swiss researchers boost efficiency of flexible solar cells to new world record: Record efficiency of 18.7% for flexible CIGS solar cells on plastics |hrsg=empa.ch |datum=2011-05-19 |abruf=2012-07-04}}</ref> und 2013 von 20,4 % erreicht.<ref>[https://www.news.admin.ch/de/nsb?id=50875 Empa Wirkungsgrade im 2013]</ref> Zur Überführung dieser Technologie in die Massenproduktion haben verschiedene Firmen Pilotproduktionsanlagen aufgebaut und erreichten 2009 Wirkungsgrade von bis zu 13,4 %.<ref name="Solarion AG">Solarion AG (Hrsg.): ''{{Webarchiv | url=http://www.solarion.net/assets/files/SOLARION%20Press%20Release%20deu%20Weltrekord.pdf | wayback=20140102192353 | text=Weltrekord: 13,4 Prozent Wirkungsgrad bei Solarzellen auf Kunststofffolie}} (PDF; 144&nbsp;kB).'' (Pressemitteilung vom 7. Oktober 2009)</ref><br />
<br />
== Einzelnachweise ==<br />
<references /><br />
<br />
{{SORTIERUNG:Cigssolarzelle}}<br />
[[Kategorie:Solarzellentyp]]</div>imported>APPERbot