Zink-dotiertes Zinnoxid (ZTO) hat sich als vielversprechende, indiumfreie Alternative zu Indium-Zinnoxid (ITO) etabliert. In aktuellen Forschungsarbeiten, insbesondere einer Studie des Fraunhofer ISE, wird gezeigt, dass ZTO als Rekombinationsschicht in volltexturierten Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen vergleichbare Effizienzen von 27-28 % erreicht. Neben der hohen Leistungsfähigkeit bietet ZTO zudem ökologische und ökonomische Vorteile, die die Zukunft der Solartechnologie nachhaltig prägen könnten.
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ZTO als indiumfreie Alternative in Tandem-Photovoltaikzellen
- Ersetzt das knappe und teure Indium in ITO.
- Dient als transparente leitfähige Oxidschicht (TCO) und Rekombinationsschicht.
- Erreicht unter aktuellen Bedingungen Effizienzen von 27-28 % – identisch zu ITO-basierten Zellen.
- Verwendet den gleichen skalierbaren DC-Sputter-Prozess von rotierenden Targets.
- Kompatibel mit industriell relevanten TOPCon-Silizium-Substraten.
Experimentelle Ergebnisse und Leistungsdaten
In der im April 2026 veröffentlichten Studie „Indium-Free Recombination Junctions on Tunnel Oxide Passivating Contacts for Fully Textured Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells“ wurden ZTO, ITO und AZO (Aluminium-dotiertes Zinkoxid) systematisch verglichen. Die wichtigsten Erkenntnisse:
- Alle drei TCOs wurden mit einer Schichtdicke von 30 nm per DC-Sputtern auf n-TOPCon-Substrate aufgebracht und anschließend bei 300 °C annealiert.
- Photolumineszenz-Messungen (iVOC) zeigten nach dem Annealing-Schritt eine vollständige Erholung der offenen Schaltspannung für ITO und ZTO, während AZO größere Verluste behielt.
- Hall-Messungen bestätigten, dass ITO die höchste Leitfähigkeit besitzt, ZTO jedoch nach dem Annealing durch erhöhte Ladungskonzentration deutlich verbessert wird.
- Die fertigen Tandemzellen mit ITO- und ZTO-TCOs lieferten konsistent hohe Leistungen mit Effizienzen von 27-28 %, während AZO-Zellen aufgrund niedriger Kurzschlussstromdichte und Fill-Factor schlechter abschnitten.
Damit bestätigt die Forschung, dass ZTO nicht nur eine ökologische Alternative ist, sondern auch die technischen Anforderungen industrieller Tandemsolarzellen erfüllt.
Nachhaltigkeitsaspekte von ZTO gegenüber ITO
Die weltweite Indium-Produktion beträgt laut US Geological Survey im Jahr 2022 etwa 1.500 Tonnen. Indium ist ein seltener Rohstoff, dessen Abbau häufig mit hohen Kosten und umweltschädlichen Praktiken verbunden ist. ZTO vermeidet die Abhängigkeit von diesem knappen Element und nutzt stattdessen weniger problematische Rohstoffe.
- Indium-Produktionsmenge 2022: 1.500 Tonnen (Quelle S1)
- Indium ist teuer und umweltschädlich in der Beschaffung.
- ZTO reduziert potenzielle Lieferengpässe und senkt langfristig die Produktionskosten von Solarmodulen.
Die Diskussion um die Nachhaltigkeit von ZTO verstärkt die wirtschaftliche und ökologische Relevanz des Materials und könnte zu einer breiteren Akzeptanz in der Solartechnologie führen.
Lange Lebensdauer von ZTO-basierten Zellen
Untersuchungen prognostizieren für ZTO-basierte Tandemzellen eine erwartete Lebensdauer von 25 Jahren unter optimalen Bedingungen (Quelle S2, 2025). Diese Zahl liegt im gleichen Bereich wie bei herkömmlichen ITO-basierten Zellen und unterstützt die Langzeitperspektive der Technologie.
- Erwartete Lebensdauer: 25 Jahre (Quelle S2, 2025)
- Vergleichbare Alterungs- und Degradationsraten zu ITO-basierten Modulen.
- Stärkt das Vertrauen in die Zuverlässigkeit von ZTO in praktischen Anwendungen.
Potenzielle Herausforderungen und Gegenargumente
Ein möglicher Nachteil von ZTO ist die im Vergleich zu ITO geringere Leitfähigkeit. Eine niedrigere Leitfähigkeit könnte in bestimmten Anwendungen die Gesamtleistung der Zellen beeinträchtigen. Dennoch zeigen die experimentellen Daten, dass die Effizienzverluste im Gesamtsystem minimal sind und nach dem Annealing-Schritt die Leistungsfähigkeit von ZTO nahezu ITO-Niveau erreicht.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Warum ist ZTO umweltfreundlicher als ITO?ZTO verwendet weniger problematische Rohstoffe und ersetzt das teure und seltene Indium, was die Umweltauswirkungen verringert.
Fazit
Zink-dotiertes Zinnoxid (ZTO) stellt einen entscheidenden Fortschritt für die Photovoltaik dar. Die Kombination aus vergleichbarer Effizienz (27-28 %), langer erwarteter Lebensdauer (25 Jahre) und deutlich geringerer Abhängigkeit von knappen Rohstoffen macht ZTO zu einer nachhaltigen Alternative zu Indium-Zinnoxid (ITO). Während die Leitfähigkeit von ZTO leicht hinter ITO zurückbleibt, zeigen aktuelle Studien, dass dies keinen signifikanten Einfluss auf die Endeffizienz von Tandemsolarzellen hat. Die Verfügbarkeit von Indium ist stark limitiert (1.500 Tonnen pro Jahr), sodass die Einführung von ZTO nicht nur ökologische, sondern auch ökonomische Vorteile bietet. Angesichts dieser Fakten dürfte ZTO in den kommenden Jahren eine zentrale Rolle bei der Skalierung von Hochleistung-Tandem-Photovoltaiksystemen spielen.
