Schwedische Forscher der Universität Uppsala haben eine bifaziale Chalcoprit-Solarzelle (ACIGS) entwickelt, die dank eines mit Titan dotierten Indium-Oxid-Rückkontakts (ITiO) eine bemerkenswerte Effizienz von 15,1 % und einen Bifazialitätsfaktor von 68 % erreicht. Diese Innovation verspricht nicht nur höhere Energieerträge, sondern auch eine verlängerte Lebensdauer von bis zu 25 Jahren – ein bedeutender Schritt für die Zukunft erneuerbarer Energien.
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Technische Merkmale der bifazialen Chalcoprit-Solarzelle
- Effizienz (Power Conversion Efficiency, PCE): 15,1 % (Jahr 2026)
- Bifazialitätsfaktor: 68 % (Jahr 2026)
- Offene Schaltungsspannung (U OC ): ca. 595 mV
- Füllfaktor (FF): 75 %
- Rückseiten-Kurzschlussstromdichte (J SC, rear ): 22,7 mA cm⁻² (ITiO) vs. 19,7 mA cm⁻² (ITO)
- Rückseiten-Effizienz: 10,2 % (ITiO) vs. 8,8 % (ITO)
Die Zelle besteht aus einem Soda-Lime-Glas-Substrat, dem ITiO-TBC, einer Natriumfluorid-Vorlageschicht, einem 1 µm dicken ACIGS-Absorber, einer CdS-Pufferschicht und einem ZnO-Fenster-Stack.
ITiO-Rückkontakt vs. herkömmliches ITO
- Signifikant höhere Ladungsträger-Mobilität
- Niedrigere Trägerdichte im Vergleich zu ITO
- Nur 5 % freie-Träger-Absorption im ACIGS-Bandgap von 1,1 eV, gegenüber 25 % bei ITO
- Verbesserte thermische und chemische Stabilität während der ACIGS-Abscheidung
- Reduzierte parasitäre Verluste im nahen Infrarot (NIR)-Bereich
Durch diese Eigenschaften kann ITiO mehr Licht zur aktiven Schicht leiten, wodurch die Rückseiten-Lichtausbeute deutlich steigt, ohne die elektrischen Eigenschaften zu beeinträchtigen.
Bifaziale Technologie und Ertragssteigerung
Bifaziale Solarzellen nutzen Licht, das sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite eintrifft. Das führt zu höheren Gesamterträgen, insbesondere in Umgebungen mit reflektierenden Untergründen. Studien belegen, dass bifaziale Zellen im Vergleich zu monofazialen Zellen Ertragssteigerungen von 10 % bis 20 % erzielen können (Jahr 2022). Der in Schweden entwickelte Zelltyp erreicht mit einem Bifazialitätsfaktor von 68 % einen signifikanten Beitrag zu dieser Steigerung.
Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit
Die Verwendung von ITiO als Rückkontakt hat nicht nur die Effizienz verbessert, sondern auch die Lebensdauer von Solarzellen verlängert. Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass bifaziale Zellen mit ITiO eine erwartete Lebensdauer von bis zu 25 Jahren erreichen (Jahr 2023). Diese verlängerte Betriebsdauer erhöht die Wirtschaftlichkeit, da weniger Ersatzinvestitionen nötig sind und die Gesamtkosten pro erzeugter Kilowattstunde sinken.
Herausforderungen bei der Skalierung
Obwohl die Laborergebnisse vielversprechend sind, gibt es technologische Herausforderungen bei der Skalierung für die Serienproduktion. Unsicherheiten bei Kosten, Prozessstabilität und der Minimierung elektrischer Verluste an der Rückkontakt-Schnittstelle können die industrielle Umsetzung verzögern. Diese Punkte gelten als kritische Faktoren, die zukünftige Forschung und Entwicklung adressieren müssen.
FAQ
Wie ist die Effizienz der neuen Solarzelle im Vergleich zu bestehenden Technologien?
Die neue Zelle erreicht 15,1 % Effizienz, was im Wettbewerb zu monofazialen Zellen steht, die typischerweise 15-20 % erreichen.
Welchen Einfluss hat der ITiO-Rückkontakt auf die Lebensdauer?
ITiO-basierte Zellen können bis zu 25 Jahre betrieben werden, was eine signifikante Verlängerung gegenüber herkömmlichen ITO-basierten Zellen darstellt.
Welche Ertragsvorteile bieten bifaziale Zellen?
Sie können je nach Umgebung 10-20 % mehr Energie erzeugen als monofaziale Zellen, unterstützt durch einen Bifazialitätsfaktor von 68 %.
Fazit
Die schwedische Entwicklung einer bifazialen Chalcoprit-Solarzelle mit ITiO-Rückkontakt demonstriert, wie Materialinnovationen die Effizienz (15,1 %) und den Bifazialitätsfaktor (68 %) deutlich erhöhen können. Gleichzeitig wird durch die verbesserte Transparenz im NIR-Bereich und die höhere Ladungsträger-Mobilität die Rückseiten-Leistung gesteigert, während die Lebensdauer auf bis zu 25 Jahre verlängert wird. Trotz dieser Fortschritte bleiben Skalierungs- und Kostenfragen offen, die für die Kommerzialisierung entscheidend sind. Insgesamt verdeutlichen die Ergebnisse, dass bifaziale Technologien und ITiO-Rückkontakte zentrale Bausteine für die nächste Generation hocheffizienter, langlebiger Solarmodule sein können.
