Quelle: britannica.com
CIGS-Solarzelle, in voller Kupfer-Indium-Gallium-Selenid-Solarzelle, Dünnschicht-Photovoltaik-Vorrichtung, die Halbleiterschichten aus Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) verwendet, um Sonnenlicht zu absorbieren und in Elektrizität umzuwandeln. Obwohl CIGS-Solarzellen sich in den frühen Stadien der Kommerzialisierung in großem Maßstab befinden, können sie unter Verwendung eines Verfahrens hergestellt werden, das die Kosten für die Herstellung von Photovoltaik-Geräten senken kann. Wenn sich Leistung, Einheitlichkeit und Zuverlässigkeit der CIGS-Produkte verbessern, kann die Technologie ihren Marktanteil erheblich ausbauen und möglicherweise zu einer "disruptiven" Technologie werden. Angesichts der Gefahren der Cadmiumgewinnung und -nutzung sind CIGS-Solarzellen zudem weniger gesundheits- und umweltschädlich als die Cadmiumtellurid-Solarzellen, mit denen sie konkurrieren.
CIGS-Solarzellen bestehen aus einem dünnen Film aus Kupfer-Indium-Selenid und Kupfer-Gallium-Selenid sowie aus Spuren von Natrium. Dieser CIGS-Film wirkt als Halbleiter mit direkter Bandlücke und bildet einen Heteroübergang, da die Bandlücken der beiden verschiedenen Materialien ungleich sind. Die Dünnfilmzelle wird auf einem Substrat wie Natronkalkglas, Metall oder einem Polyamidfilm abgeschieden, um den rückseitigen Kontakt zu bilden. Wenn für das Substrat ein nicht leitfähiges Material gewählt wird, wird ein Metall wie Molybdän als Leiter verwendet. Der vordere Oberflächenkontakt muss in der Lage sein, Strom zu leiten und transparent zu sein, damit Licht die Zelle erreichen kann. Materialien wie Indiumzinnoxid, dotiertes Zinkoxid oder in jüngster Zeit fortschrittliche organische Filme auf der Basis von nanotechnischem Kohlenstoff werden verwendet, um diesen ohmschen Kontakt bereitzustellen.
Die Zellen sind so ausgelegt, dass Licht durch den transparenten Ohmschen Frontkontakt eintritt und in die CIGS-Schicht absorbiert wird. Dort werden Elektronenlochpaare gebildet. Ein "Verarmungsbereich" wird am Heteroübergang der Materialien vom p- und n-Typ der mit Cadmium dotierten Oberfläche der CIGS-Zelle gebildet. Dadurch werden die Elektronen von den Löchern getrennt und sie können einen elektrischen Strom erzeugen (siehe auch Solarzelle). Im Jahr 2014 erzielten Laborexperimente mit einer CIGS-Zelle mit modifizierter Oberflächenstruktur eine Rekordeffizienz von 23,2 Prozent. Kommerzielle CIGS-Zellen haben jedoch niedrigere Wirkungsgrade, wobei die meisten Module eine Umwandlung von etwa 14 Prozent erreichen.
Während des Herstellungsprozesses erfolgt die Abscheidung von CIGS-Filmen auf einem Substrat häufig im Vakuum, wobei entweder ein Verdampfungs- oder ein Zerstäubungsverfahren verwendet wird. Kupfer, Gallium und Indium werden wiederum abgeschieden und mit einem Seleniddampf getempert, wodurch die endgültige CIGS-Struktur entsteht. Die Abscheidung kann ohne Vakuum unter Verwendung von Nanopartikeln oder Elektroplattieren erfolgen, obwohl diese Techniken mehr Entwicklung erfordern, um im großen Maßstab wirtschaftlich effizient zu sein. Es werden neuartige Ansätze entwickelt, die Drucktechnologien ähnlicher sind als die Herstellung herkömmlicher Silizium-Solarzellen. In einem Prozess legt ein Drucker Tröpfchen aus halbleitender Tinte auf eine Aluminiumfolie. Bei einem nachfolgenden Druckvorgang werden zusätzliche Schichten und der vordere Kontakt auf dieser Schicht abgeschieden. Die Folie wird dann in Blätter geschnitten.
CIGS-Solarzellen können auf flexiblen Substraten hergestellt werden, wodurch sie für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet sind, für die derzeitige kristalline Photovoltaik und andere starre Produkte nicht geeignet sind. Zum Beispiel bieten flexible CIGS-Solarzellen den Architekten mehr Möglichkeiten in Bezug auf Gestaltung und Design. CIGS-Solarzellen machen auch einen Bruchteil des Gewichts von Siliziumzellen aus und können ohne Glas hergestellt werden, um bruchsicher zu sein. Sie können in Fahrzeuge wie Sattelzugmaschinen, Flugzeuge und Autos integriert werden, da ihr niedriger Luftwiderstand den Luftwiderstand minimiert und kein erhebliches Gewicht ergibt.
