(cna) Seit einigen Jahren entwickeln ETH-Wissenschaftler vom Laboratorium für Festkörperphysik im Technopark biegsame Dünnschicht-Solarzellen (1) . Diese Zellen basieren auf Absorberschichten aus Cu(In,Ga)Se2 (CIGS). Sie sind etwa drei bis fünf Tausendstel Millimeter dick und werden auf eine Plastikfolie (Polyimid) aufgetragen. Es gibt viele Einsatzmöglichkeiten für die flexiblen und leichten Energielieferanten: Nebst Integration in Gebäudefassaden und Dächer, mobiler Energiequelle für Outdoor-Aktivitäten oder Sonnensegel für Satelliten sind unzählige weitere Anwendungen denkbar. Kürzlich haben die Forscher Ayodhya Nath Tiwari, David Brémaud und Dominik Rudmann einen neuen Weltrekord im Wirkungsgrad biegsamer Solarzellen auf Plastikfolien aufgestellt. Mit einer neuen Idee und einer anderen Philosophie der Herstellung erreichte das Team einen Wirkungsgrad von 14.1 Prozent.

Damit haben die ETH-Wissenschaftler ihren eigenen Rekord geschlagen. „Den letzten Weltrekord haben ebenfalls wir aufgestellt“, bestätigt Ayodhya Nath Tiwari. Im Dezember 1999 erreichte seine Forschergruppe Wirkungsgrade bis zu 12.8 Prozent. Damals wurde bereits das Potenzial der flexiblen Solarzellen von der Industrie erkannt, doch war das verwendete Verfahren zur Herstellung noch zu umständlich für die industrielle Produktion.

An einer Steigerung der Zellwirkungsgrade arbeiten auch andere Wissenschaftler; und zwar vornehmlich in den USA. Angesichts der Ressourcen, die diesen Forschern zur Verfügung stehen, zeigt sich Tiwari überrascht, dass die Amerikaner die Wirkungsgrade der ETH-Zellen noch nicht erreichen konnten. „Ich erwartete aus den USA rasche Fortschritte, da dort Verteidigungs- und Raumfahrtorganisationen wie etwa die NASA in diesen Forschungsbereich investieren“, erklärt er.

Teamwork und eine zündende Idee gaben schliesslich den Ausschlag für den Weltrekord der ETH-Forscher. Systematisch hätten die Forscher analysiert, was bisher den Wirkungsgrad der Solarzellen limitiert habe, erklärt Tiwari. Schliesslich fanden die Wissenschaftler den Schlüssel: Ein entscheidender Punkt ist, die Absorberqualität trotz der durch die Plastikfolien limitierten Aufdampftemperaturen hoch zu halten.

Die neuen flexiblen Solarzellen nutzen das Sonnenlicht viel effizenter aus als ihre Vorgänger. (Bild D. Rudmann, Thin Film Physics Group ETH Zürich)

Eine innovative Methode konnte entwickelt werden, die erlaubt, Defekte an den Korngrenzen des polykristallinen Absorbers mit einer geringen Menge von Natriumatomen zu passivieren und den Absorber zu dotieren, ohne das Wachstum der Absorberschichten bei tiefen Temperaturen negativ zu beeinträchtigen.

Die Forschungsarbeit soll nun in einem Wissenschaftsmagazin publiziert werden und wird an der 31st IEEE Photovoltaic Specialists Conference im Januar 2005 in Florida in den USA präsentiert.