Neue Effizienz-Rekorde für Solarzellen dank Indium

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Das Technologiemetall Indium hilft die Energieausbeute von Solarmodulen zu steigern. Schon bald könnte beim Wirkungsgrad die 50-Prozent-Marke erreicht werden.

Die Photovoltaik-Branche wird bislang von Solarpanelen aus kristallinem Silizium, sogenannten Dickschichtmodulen, dominiert. Der Materialaufwand in diesem Verfahren ist groß und schlägt sich in einem hohen Gewicht nieder. Das wird jedoch von einem Wirkungsgrad wieder wettgemacht, der bei bis zu 22 Prozent liegt. Mit dieser Energieausbeute können andere Formen von Solarmodulen bislang nicht mithalten.

Dünnschichtmodule auf dem Weg zur effizienteren Erzeugungstechnologie

Während bei Dickschichtmodulen das Energie-Optimum schon als erreicht gilt, ist bei einer anderen Art von Solarzellen der maximale Wirkungsgrad noch längst nicht ausgeschöpft. Neueste Forschungsergebnisse lassen bei den sogenannten Dünnschichtmodulen auf eine deutliche Effizienzsteigerung hoffen. Bislang beträgt ihre Energieausbeute nur etwa zehn Prozent.

Wichtigster Bestandteil von Dünnschichtmodulen sind neben amorphem Silizium auch verschiedene Indium-Verbindungen wie Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS), die nur aufgedampft werden. Die Solarzellen sind dadurch etwa hundert Mal dünner als bei herkömmlichen Silizium-Solarzellen, was wiederum den Materialeinsatz und das Gewicht reduziert. Das schlägt sich in niedrigeren Produktionskosten nieder und macht sie für Anwender finanziell interessant. Jedoch benötigt man mehr Montagefläche und Module, um auf dieselbe Energieproduktion wie bei Dickschichtmodulen zu kommen. Das soll sich ändern.

Dünnschichtmodule sind nur wenige Mikrometer dünn und sehr flexibel.
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Wirkungsgrad von über 50 Prozent möglich

Durch kontinuierliche Forschungsarbeit in den vergangenen Jahren konnte der Wirkungsgrad von Dünnschichtmodulen (CIGS) Schritt für Schritt verbessert werden. Das zeigen die folgenden Beispiele, in denen Indium entscheidend zur Entwicklung neuer Photovoltaik-Techniken beigetragen hat:

• Die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) aus der Schweiz steigerte die Energieausbeute der Module auf 21,4 Prozent, wie sie in einer Pressemeldung bekannt gab. Die Forscher kombinierten dafür mehrere Halbleitermaterialien auf Indium-Basis.
• Wissenschaftlern des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesystem (ISE) gelang eine Effizienzsteigerung auf 47,6 Prozent, wie das Nachrichtenportal Rohstoff.net berichtete. Möglich wurde dies wiederum durch den Einsatz verschiedener Halbleiter, die u. a. Indium und Gallium enthalten. Durch die Vergrößerung des Halbleiterspektrums können unterschiedliche Wellenlängen des Sonnenlichts genutzt werden.
• An der Bergischen Universität Wuppertal verfolgt man den Ansatz, organische und halborganischen Halbleitermaterialien zu kombinieren, wie aus einem Forschungsbericht hervorgeht. Bei Letzteren handelt es sich um Mineralien der Perowskit-Gruppe, die sich synthetisch herstellen lassen. Eine hauchdünne Schicht aus Indium-Oxid verbindet beide Schichten und verringert die Energieverluste. Im Ergebnis wird ein Wirkungsgrad von 24 Prozent erreicht.

Und die Wissenschaft sieht noch weiteres Potenzial zur Steigerung des Wirkungsgrades. Im Rahmen des Projekts „50 Prozent“, das vom Bundeswirtschaftsministerium initiiert wurde, arbeitet man u. a. am Fraunhofer ISE weiter an der Optimierung der Solarzellen. Dafür wird in mehrere Richtungen geforscht wie der Beigabe von weiteren Additiven in die CIGS-Schicht, der Optimierung des Substratmaterials sowie des Beschichtungsverfahrens.

Wachsender Bedarf an Indium erwartet

Photovoltaik und andere Erneuerbare Energien sind wichtige Elemente auf dem Weg zur Klimaneutralität, wie sie zum Beispiel Deutschland bis 2045 und Großbritannien bis 2050 anstrebt. Angetrieben wird die Nachfrage nach Solaranlagen aber auch durch den Krieg in der Ukraine und die in der Folge stark gestiegenen Energiepreise. Vom Solarboom dürften auch die kontinuierlich verbesserten Dünnschichtmodule profitieren und der Bedarf am Strategischen Metall Indium steigen.