CIGS Solarzellen

CIGS Solarzellen sind eine relativ neue Variante der Dünnschichtmodule, die gegenüber herkömmlichen Dünnschichtzellen aus amorphem Silizium zahlreiche Vorteile aufweisen. Gegenwärtig gelten sie als eine der wenigen Dünnschichttechnologien, die in Zukunft eine entscheidende Rolle spielen könnten.

Der Name dieser Solarzellen leitet sich von den Bezeichnungen der verwendeten Elemente im Periodensystem ab. Das C steht für Kupfer (Cu), das I für Indium (In), das G für Gallium (Ga) und das S steht für Schwefel (S) oder Selen (Se). Werden sowohl Schwefel als auch Selen eingesetzt, werden die Zellen als CIGS Se-Solarzellen bezeichnet. Die Markteinführung erfolgte 2009 in den USA, im Jahr 2011 wurde auch in Deutschland die kommerzielle Fertigung aufgenommen. Das Ansehen dieser Technologie hat durch das ungünstige Timing der Markteinführung ein wenig gelitten. Diese erfolgte während der weltweiten Krise der Photovoltaik Branche, zahlreiche Pioniere der CIGS Technologie sind mittlerweile insolvent. Allerdings haben sich Nachfolger gefunden, auch in Deutschland werden heute wieder CIGS Solarzellen produziert.

Wesentliches Merkmal der CIS Solarzellen sind die extrem dünnen Halbleiterschichten, typisch sind Schichtdicken von einem bis zwei Mikrometern. Herkömmliche Dünnschichtmodule benötigen eine etwa zehnmal dickere Schicht, klassische kristalline Module („Dickschichtmodule“) sogar eine um das Hundertfache dickere Schicht. Diese extrem dünnen Schichten weisen einige Vorteile auf. Offensichtlich ist, dass der Materialbedarf dadurch sehr niedrig ist. Damit sinkt auch der Energiebedarf bei der Herstellung. Der geringe Energiebedarf hängt auch damit zusammen, dass an die Qualität des Ausgangsmaterials vergleichsweise geringe Anforderungen gestellt werden. Aufgrund der geringen Schichtdicke müssen die Ladungsträger nur sehr kurze Wege zurücklegen, weswegen elektrische Verluste eine untergeordnete Rolle spielen. Dass derart geringe Schichten überhaupt möglich sind, liegt daran, dass die optische Absorptionsfähigkeit des Materials sehr hoch ist.

CIGS Solarzellen erreichen Wirkungsgrade von etwa 14 Prozent, damit sind sie nicht weit von multikristallinen Siliziummodulen entfernt. Im Labor wurde bereits ein Rekordwirkungsgrad von über 20 Prozent erreicht. Aufgrund des sehr geringen Energiebedarfs bei der Herstellung weisen diese Solarmodule eine sehr gute Ökobilanz auf. Die energetische Amortisationsdauer beträgt nur wenig mehr als ein Jahr. Die sehr gute optische Absorptionsfähigkeit verleiht den Modulen ein exzellentes Schwachlichtverhalten. Aus diesem Grund eignen sich CIS Solarzellen gut für den Einsatz in Hausfassaden, bei dem keine optimale Ausrichtung zur Sonne gewährleistet ist.

Der Ertrag in der Praxis hängt stark von der Qualität der Module ab. Anders als kristalline Module werden CIGS Solarzellen nicht aus einzelnen kleinen Solarzellen zusammengesetzt. Das bringt einige Vorteile mit sich, beispielsweise eine optimale Ausnutzung der Moduloberfläche. Dennoch sind Vorkehrungen erforderlich, um gegebenenfalls verschattete Bereiche automatisch zu überbrücken.

CIGS Solarmodule können mittlerweile als bewährte Technologie angesehen werden, die allerdings noch Verbesserungspotenzial birgt. Sie kommen in Photovoltaikanlagen jeder Größe zum Einsatz, vom privaten Hausdach bis zum Solarkraftwerk. Anders als bei kristallinen Modulen sind noch weitere signifikante Fortschritte bezüglich des Wirkungsgrads und der Herstellungskosten zu erwarten. Künftig könnten CIGS Solarzellen die Stromerzeugungskosten pro Kilowattstunde deutlich senken.