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Wirkungsgrad im Modul liegt bei 12,9 Prozent

ZSW gewinnt Solarenergie auf Emaillierstahl

10.09.2013, 07:28

Friedrich Kessler
Friedrich Kessler setzt auf Emaillierstahl für CIGS-Module. © ZSW

Das Stuttgarter Forschungszentrum ZSW hat auf Emaillierstahl einen Wirkungsgrad von 18,6 Prozent mit CIGS-Dünnschicht-Solarzellen erreicht. Auch Konkurrenten aus der organischen Fotovoltaik wie Dyesol, Heliatek und Belectric, die Teile von Konarka übernommen hat, arbeiten an Lösungen für biegsame und flexibel einsetzbare Fotovoltaik. Die soll einfacher Einsatz in der Gebäudehülle finden.

Die Stuttgarter Forscher nutzen als Trägermaterial dünnen emaillierten Stahl für die Absorberschicht. Das soll die Nachteile von Folien und Edelstahl ausgleichen. Folien sind leichter zu beschädigen als Emaillier-Stahl, Edelstahl ist elektrisch isolierend und benötigt zusätzliche Dotierung. Bei den Wirkungsgraden schneide Emaillier-Stahl mindestens so gut ab wie Edelstahl, so die Forscher des ZSW. So betrage der Wirkungsgrad einer 0,5 Quadratzentimeter großen Zelle 18,6 Prozent, beim Modul auf einer Fläche von 23 mal 30 Zentimeter liege er bei 12,9 Prozent.

Emaillier-Stahl verbinde die Vorteile von starrem Glas mit denen einer flexiblen Metallfolie, so Friedrich Kessler, Materialforscher am ZSW. Produziert wurden Zelle und Modul auf einer industrienahen Inline-CIGS-Anlage. Das sieht Kessler als wesentlichen Vorteil: "Unternehmen können bestehende Inline-Anlagen weiter nutzen und müssen nicht auf Rolle-zu-Rolle-Lösungen umstellen."

Flexible Dünnschicht-Solarzellen gelten als Hoffnungsträger der PV. Sie sollen neue Anwendungsfelder erschließen, sowohl an der Fassade als auch im Automobilbereich. "Unsere Lösung wäre ein gutes Material, um die Batterien konventioneller Autos während langer Standzeiten zu entlasten", ist Kessler sicher. Die gehen aufgrund der immer höheren Anforderungen durch die Bordelektronik häufiger als früher in die Knie, wenn die Autos nicht bewegt werden.

Als Antrieb für gängige PKWs eignen sich die Module aber nicht, dazu reicht die Power nicht aus. Kessler berichtet aber von der Projetkidee eines Unternehmens aus Südeuropa, das mit deutlich unter einer Tonne ein extrem leichtes Auto und mit einer Höchstgeschwindigkeit von kleiner 80 Stundenkilometer eher gemächlich fahrendes Auto bauen wollte. Das hätte man – zumindest in Südeuropa und mit Unterstützung einer Pufferbatterie – möglicherweise mit den Modulen auch betreiben können, es wurde aber nicht realisiert.

Im Vergleich zu rostfreiem Edelstahl seien die Kosten ungefähr gleich. Weil Emaille-Stahl vollständig elektrisch isoliert ist, können die Solarzellen bereits serienmäßig während der Herstellung monolithisch verschaltet werden. Das spart metallische Verbindungen und Geld.

Notwendig waren Innovationen im Prozess der Emaillierung. Die hohen CIGS-Beschichtungstemperaturen im Vakuum können dazu führen, dass die Emaille-Schicht Blasen bildet und sich vom Stahl ablöst. Um das zu verhindern, entwickelte das ZSW mit Pemco International aus Belgien eine Emaille-Schicht auf niedrig legiertem Stahl. Die kommt mit der für CIGS-Beschichtung notwendigen Temperatur bis maximal 650 Grad Celsius gut zurecht.

Ein weiterer Schritt steht noch an: Die Stahlfolien müssen dünner werden. Momentan gibt es sie bis zu einer minimalen kommerziellen Dicke von 200 bis 300 Mikrometern. Im Rahmen der Forschungsarbeiten wurde eine dünnere Sonderanfertigung hergestellt; weitere Optimierungen durch Stahlfirmen seien technisch ohne weiteres möglich. In die Zell- und Modulfertigung könnten Solarunternehmen danach einsteigen.
von Pia Grund-Ludwig

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