(hs) Wissenschaftlern der Universität Mainz sind bei der Lösung des so genannten Indium-Gallium-Rätsels einen wichtigen Schritt vorangekommen. Obwohl bisherige Modelle ein optimales Verhältnis von Indium und Gallium im CIGS-Halbleiter von 30 : 70 vorhergesagt haben, finde man in der Praxis die höchste Effizienz bei einem genau umgekehrten Verhältnis von 70 : 30. Das ist ein Grund, warum die CIGS-Zellen bislang nur rund 20 Prozent Wirkungsgrad erreichen, theoretisch möglich sind jedoch mehr als 30 Prozent. Mit Hilfe von Simulationen auf einem Großrechner fanden die Forscher heraus, dass sich die Atome des Indiums und des Galliums nicht gleichmäßig in der hauchdünnen Halbleiterschicht verteilen. Knapp unterhalb der Raumtemperatur existiert eine Phase, in der Indium und Gallium getrennt vorliegen. Oberhalb der Entmischungstemperatur bilden sich verschiedene Cluster aus Indium- oder Gallium-Atomen. Je höher die Temperatur ist, desto homogener wird das Material. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass galliumreiches CIGS stets inhomogener ist als bei Indiumüberschuss. Die Inhomogenität verschlechtert die optoelektronischen Eigenschaften, deshalb ist die Effizienz so niedrig. Findet die Herstellung bei höherer Temperatur statt, bildet sich das Material homogener aus. Bei schneller Abkühlung bleibt diese Struktur erhalten. In der Praxis war die Prozesstemperatur bisher durch die Erweichungstemperatur des Glases (ca. 550 Grad Celsius) limitiert, das als Trägermaterial für die Solarzellen dient. Die Schott AG hat kürzlich ein spezielles Glas vorgestellt, das deutlich über 600 Grad Celsius aushält, ohne zu erweichen. Dadurch werden wesentlich homogenere Zellen möglich.
