Entwicklung eines Verfahrens zur Züchtung von örtlich definierten Cu(In,Ga)Se2 Absorbern für Mikrokonzentrator-Solarzellen

Solarzellen aus dem Absorbermaterial Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGSe) verfügen mit einem Wirkungsgrad von bis zu 22,9 % über die höchste Effizienz in der Gruppe der Dünnschichtsolarzellen. Die Kosten der CIGSe-Solarzellen sind jedoch unter anderem abhängig von den Preisen für Indium und Gallium, welche eine hohe Volatilität aufweisen und deren weltweit vorhandene Ressourcen gering sind. Um Indium und Gallium bei der Herstellung von CIGSe-Solarzellen einzusparen kann die laterale Ausdehnung des Absorbers beschränkt werden. Die Herstellung von mikrometergroßen Absorbern hat in Kombination mit lichtkonzentrierender Optik nicht nur den Vorteil der Materialersparnis, sondern auch ein nachweislich hohes Potential zur Steigerung der Effizienz.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Herstellungsverfahren für mikrometergroße CIGSe-Strukturen entwickelt und das hergestellte Material im Hinblick auf seine Verwendbarkeit als Absorbermaterial für Mikrokonzentrator-Solarzellen charakterisiert. Bei dem entwickelten Verfahren handelt es sich um einen bottom-up Ansatz, basierend auf der lokal definierten Bildung von Indium-Inseln, die durch physikalische Gasphasenabscheidung auf einem mit Molybdän beschichteten Glassubstrat entstehen. Aus diesen Inseln entstehen durch weitere Prozessschritte chalkopyritische CIGSe-Mikroabsorber. Die selektive Keimbildung von Indium wird durch eine punktuelle Veränderung der Substratoberfläche mittels ultrakurzer Laserpulse erreicht. Die so hergestellten Absorber benötigen nur ein Hundertstel des Materials das für handelsübliche CIGSe-Solarzellen verwendet wird.