Eine Dünnschichtsolarzelle ist eine Solarzelle der zweiten Generation, die durch Abscheiden einer oder mehrerer dünner Schichten oder eines Dünnfilms (TF) aus photovoltaischem Material auf einem Substrat wie Glas, Kunststoff oder Metall hergestellt wird. Dünnschichtsolarzellen werden kommerziell in verschiedenen Technologien verwendet, einschließlich Cadmiumtellurid (CdTe), Kupferindiumgalliumdiselenid (CIGS) und amorphem Dünnfilmsilizium (a-Si, TF-Si).

Die Schichtdicke variiert zwischen wenigen Nanometern (nm) und einigen zehn Mikrometern (μm). Sie ist viel dünner als die konkurrierende Technologie des Dünnfilms, die herkömmliche kristalline Silizium-Solarzelle (c-Si) der ersten Generation, die bis zu 200 Wafer verwendet um. Dies ermöglicht, dass Dünnschichtzellen flexibel sind und ein geringeres Gewicht aufweisen. Es wird in gebäudeintegrierter Photovoltaik und als halbtransparentes, auf Fenster kaschierbares Photovoltaik-Verglasungsmaterial eingesetzt. Andere kommerzielle Anwendungen verwenden starre Dünnschicht-Solarmodule (zwischen zwei Glasscheiben) in einigen der größten Photovoltaik-Kraftwerke der Welt.

Die Dünnschichttechnologie war immer billiger, aber weniger effizient als die herkömmliche c-Si-Technologie. Es hat sich jedoch im Laufe der Jahre deutlich verbessert. Der Wirkungsgrad der Laborzelle für CdTe und CIGS liegt jetzt bei über 21 Prozent und übertrifft multikristallines Silizium, das dominierende Material, das derzeit in den meisten PV-Systemen verwendet wird: 23,24 Die beschleunigte Lebensdauerprüfung von Dünnschichtmodulen unter Laborbedingungen ergab eine etwas schnellere Degradation konventionelle PV, während eine Lebensdauer von 20 Jahren oder mehr allgemein erwartet wird. Trotz dieser Verbesserungen erreichte der Marktanteil von Dünnschichtfilmen in den letzten zwei Jahrzehnten nie mehr als 20 Prozent und ist in den letzten Jahren auf rund 9 Prozent der weltweiten Photovoltaikanlagen im Jahr 2013 zurückgegangen: 18,19

Andere Dünnschichttechnologien, die sich noch in einem frühen Stadium der laufenden Forschung oder mit begrenzter kommerzieller Verfügbarkeit befinden, werden häufig als Photovoltaikzellen der neuen oder dritten Generation klassifiziert und umfassen organische, farbstoffsensibilisierte und polymere Solarzellen sowie Quantenpunkte, Kupfer Zink-Zinn-Sulfid-, Nanokristall-, Mikromorph- und Perowskit-Solarzellen.

Typen
Viele der photovoltaischen Materialien werden mit verschiedenen Abscheidungsmethoden auf einer Vielzahl von Substraten hergestellt. Dünnschichtsolarzellen werden üblicherweise nach dem verwendeten Photovoltaikmaterial klassifiziert:

Amorphes Silizium (a-Si) und anderes Dünnschicht-Silizium (TF-Si)
Cadmiumtellurid (CdTe)
Kupfer Indium Gallium und Selen (CIS oder CIGS)
Mit Farbstoff (DSC) und anderen organischen Solarzellen sensibilisierte Solarzellen.

Geschichte
Dünnschichtzellen sind seit Ende der 1970er Jahre bekannt, als Solarrechner mit einem kleinen Streifen aus amorphem Silizium auf den Markt kamen.

Es ist jetzt in sehr großen Modulen verfügbar, die in anspruchsvollen gebäudeintegrierten Installationen und Fahrzeugladesystemen verwendet werden.

Obwohl erwartet wurde, dass die Dünnschichttechnologie auf dem Markt signifikante Fortschritte machen wird und die dominierende konventionelle kristalline Silizium (c-Si) -Technologie langfristig übertreffen wird, ist der Marktanteil seit einigen Jahren rückläufig. Während im Jahr 2010 ein Mangel an konventionellen PV-Modulen bestand, machte Dünnschicht 15 Prozent des Gesamtmarktes aus, sank 2014 auf 8 Prozent und soll sich ab 2015 mit 7 Prozent stabilisieren. Amorphes Silizium wird erwartet bis zum Ende des Jahrzehnts die Hälfte ihres Marktanteils zu verlieren.

Materialien
Dünnschichttechnologien reduzieren die Menge an aktivem Material in einer Zelle. Das meiste sandwichaktive Material zwischen zwei Glasscheiben. Da Silizium-Solarmodule nur eine Glasscheibe verwenden, sind Dünnschicht-Platten etwa doppelt so schwer wie kristalline Silizium-Platten, obwohl sie eine geringere ökologische Auswirkung haben (bestimmt aus der Lebenszyklusanalyse). Die meisten Folien haben 2-3 Prozentpunkte niedrigere Konversionseffizienzen als kristallines Silizium. Cadmium-Tellurid (CdTe), Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) und amorphes Silizium (a-Si) sind drei Dünnschicht-Technologien, die häufig für Anwendungen im Außenbereich eingesetzt werden.

Cadmiumtellurid
Cadmiumtellurid (CdTe) ist die vorherrschende Dünnschichttechnologie. Mit etwa 5 Prozent der weltweiten PV-Produktion macht es mehr als die Hälfte des Dünnschichtmarktes aus. Die Laboreffizienz der Zelle ist in den letzten Jahren ebenfalls signifikant angestiegen und entspricht der von CIGS-Dünnschicht und der Effizienz von multikristallinem Silizium im Jahr 2013.:24-25 Außerdem hat CdTe die niedrigste Energierücklaufzeit aller Massen -produzierte PV-Technologien und können an günstigen Standorten nur acht Monate produzieren.:31 Ein prominenter Hersteller ist das US-Unternehmen First Solar mit Sitz in Tempe, Arizona, das CdTe-Panels mit einem Wirkungsgrad von etwa 14 Prozent produziert Kosten von 0,59 $ pro Watt.

Obwohl die Toxizität von Cadmium nicht so sehr ein Problem darstellt und Umweltbelange mit dem Recycling von CdTe-Modulen am Ende ihrer Lebensdauer vollständig gelöst sind, gibt es immer noch Unsicherheiten und die öffentliche Meinung ist skeptisch gegenüber dieser Technologie. Die Verwendung von seltenen Materialien kann auch ein begrenzender Faktor für die industrielle Skalierbarkeit der CdTe-Dünnschichttechnologie werden. Die Seltenheit von Tellur – von denen Tellurid die anionische Form ist – ist vergleichbar mit der von Platin in der Erdkruste und trägt wesentlich zu den Kosten des Moduls bei.

Kupfer-Indium-Gallium-Selenid
Eine Kupfer-Indium-Gallium-Selenid-Solarzelle oder CIGS-Zelle verwendet einen Absorber aus Kupfer, Indium, Gallium, Selenid (CIGS), während galliumfreie Varianten des Halbleitermaterials mit CIS abgekürzt werden. Es ist eine von drei Mainstream-Dünnschichttechnologien, die beiden anderen sind Cadmiumtellurid und amorphes Silizium mit einer Laboreffizienz von über 20 Prozent und einem Anteil von 2 Prozent am gesamten PV-Markt im Jahr 2013. Ein bedeutender Hersteller von zylindrischen CIGS- Panels war die heute bankrotte Firma Solyndra in Fremont, Kalifornien. Herkömmliche Herstellungsverfahren umfassen Vakuumverfahren einschließlich Co-Verdampfung und Sputtern. Im Jahr 2008 gaben IBM und Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. (TOK) bekannt, dass sie ein neues, nicht-vakuumbasiertes, lösungsbasiertes Herstellungsverfahren für CIGS-Zellen entwickelt haben und auf Wirkungsgrade von 15% und mehr abzielen.

Die hyperspektrale Bildgebung wurde zur Charakterisierung dieser Zellen verwendet. Forscher vom IRDEP (Institut für Forschung und Entwicklung in der Photovoltaik) in Zusammenarbeit mit Photon etc.¸ konnten die Aufspaltung des Quasi-Fermi-Niveaus mit Photolumineszenz-Mapping bestimmen, während die Elektrolumineszenzdaten zur Ableitung der externen Quanteneffizienz (EEP) verwendet wurden. . Außerdem konnte durch einen Lichtstrahl-induzierten Strom (LBIC) -Kartographie-Versuch die EQE einer mikrokristallinen CIGS-Solarzelle an jedem Punkt im Sichtfeld bestimmt werden.

Ab September 2014 liegt der aktuelle Umwandlungs-Effizienz-Rekord für eine Labor-CIGS-Zelle bei 21,7%.

Silizium
Drei große siliziumbasierte Moduldesigns dominieren:

amorphe Siliziumzellen
amorphe / mikrokristalline Tandemzellen (mikromorph)
Dünnschicht-polykristallines Silizium auf Glas.

Amorphes Silizium
Amorphes Silizium (a-Si) ist eine nicht-kristalline, allotrope Form von Silizium und die derzeit am besten entwickelte Dünnfilmtechnologie. Dünnschicht-Silizium ist eine Alternative zu herkömmlichem kristallinen Silizium- (oder Volumen-) Silizium. Während Chalkogenid-basierte CdTe- und CIS-Dünnschichtzellen im Labor mit großem Erfolg entwickelt wurden, besteht weiterhin Interesse der Industrie an Silizium-basierten Dünnschichtzellen. Geräte auf Siliziumbasis weisen weniger Probleme auf als ihre CdTe- und CIS-Gegenstücke, wie Toxizität und Feuchtigkeitsprobleme mit CdTe-Zellen und niedrige Herstellungsausbeuten von CIS aufgrund der Materialkomplexität. Aufgrund des politischen Widerstands gegen die Verwendung von nicht „grünen“ Materialien in der Solarenergieproduktion gibt es zudem kein Stigma bei der Verwendung von Standard-Silizium.

Diese Art von Dünnschichtzellen wird hauptsächlich durch eine Technik hergestellt, die als plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung bezeichnet wird. Es verwendet eine gasförmige Mischung aus Silan (SiH4) und Wasserstoff, um eine sehr dünne Schicht von nur 1 Mikrometer (& mgr; m) Silizium auf einem Substrat, wie Glas, Kunststoff oder Metall abzuscheiden, das bereits mit einer Schicht aus transparentem Leiter beschichtet ist Oxid. Andere Verfahren, die verwendet werden, um amorphes Silizium auf einem Substrat abzuscheiden, umfassen Sputter- und Heißdraht-CVD-Techniken.

a-Si ist als Solarzellenmaterial attraktiv, weil es ein reichlich vorhandenes, ungiftiges Material ist. Es erfordert eine niedrige Verarbeitungstemperatur und ermöglicht eine skalierbare Produktion auf einem flexiblen, kostengünstigen Substrat mit wenig benötigtem Siliziummaterial. Aufgrund seiner Bandlücke von 1,7 eV absorbiert amorphes Silizium auch einen sehr breiten Bereich des Lichtspektrums, das Infrarot und sogar einige Ultraviolettstrahlen einschließt und bei schwachem Licht sehr gut funktioniert. Dadurch kann die Zelle am frühen Morgen oder späten Nachmittag und an bewölkten und regnerischen Tagen Strom erzeugen, im Gegensatz zu kristallinen Siliziumzellen, die bei diffusem und indirektem Tageslicht deutlich weniger effizient sind.

Die Effizienz einer a-Si-Zelle leidet jedoch während der ersten sechs Betriebsmonate um etwa 10 bis 30 Prozent. Dies wird als Staebler-Wronski-Effekt (SWE) bezeichnet – ein typischer Verlust der elektrischen Leistung aufgrund von Änderungen der Photoleitfähigkeit und der Dunkelleitfähigkeit, verursacht durch längere Sonneneinstrahlung. Obwohl diese Degradation beim Glühen bei oder über 150ºC vollkommen reversibel ist, zeigen herkömmliche c-Si-Solarzellen diesen Effekt nicht an erster Stelle.

Seine grundlegende elektronische Struktur ist der pin junction. Die amorphe Struktur von a-Si impliziert eine hohe inhärente Unordnung und freie Bindungen, was es zu einem schlechten Leiter für Ladungsträger macht. Diese baumelnden Bindungen wirken als Rekombinationszentren, die die Ladungsträgerlebensdauer stark reduzieren. Im Gegensatz zu einer Nip-Struktur wird normalerweise eine Stiftstruktur verwendet. Dies liegt daran, dass die Beweglichkeit von Elektronen in a-Si: H ungefähr 1 oder 2 Größenordnungen größer ist als die von Löchern, und daher ist die Sammelrate von Elektronen, die sich vom n- zum p-Kontakt bewegen, besser als von Löchern Kontakt vom p- zum n-Typ. Daher sollte die p-Typ-Schicht an der Oberseite platziert werden, wo die Lichtintensität stärker ist, so dass die Mehrheit der Ladungsträger, die die Verbindung kreuzen, Elektronen sind.

Tandemzelle mit a-Si / μc-Si
Eine Schicht aus amorphem Silizium kann mit Schichten aus anderen allotropen Formen von Silizium kombiniert werden, um eine Mehrfachsolarzelle zu erzeugen. Wenn nur zwei Schichten (zwei pn-Übergänge) kombiniert werden, wird dies als Tandem-Zelle bezeichnet. Indem diese Schichten aufeinander gestapelt werden, wird ein breiterer Bereich der Lichtspektren absorbiert, wodurch die Gesamteffizienz der Zelle verbessert wird.

In mikromorphem Silizium wird eine Schicht aus mikrokristallinem Silizium (μc-Si) mit amorphem Silizium kombiniert, wodurch eine Tandemzelle entsteht. Die obere a-Si-Schicht absorbiert das sichtbare Licht und lßt den infraroten Teil zur unteren μc-Si-Schicht zurück. Das mikromorphe Konzept für gestapelte Zellen wurde am Institut für Mikrotechnologie (IMT) der Universität Neuenburg in der Schweiz entwickelt und patentiert und wurde an TEL Solar lizenziert. Ein neues Weltrekord-PV-Modul basierend auf dem mikromorphen Konzept mit 12,24% Modul-Effizienz wurde im Juli 2014 unabhängig zertifiziert.

Da alle Schichten aus Silizium bestehen, können sie mit PECVD hergestellt werden. Die Bandlücke von a-Si beträgt 1,7 eV und die von c-Si beträgt 1,1 eV. Die c-Si-Schicht kann rotes und infrarotes Licht absorbieren. Die beste Effizienz kann beim Übergang zwischen a-Si und c-Si erreicht werden. Da nanokristallines Silizium (nc-Si) etwa die gleiche Bandlücke wie c-Si aufweist, kann nc-Si c-Si ersetzen.

Tandemzelle unter Verwendung von a-Si / pc-Si
Amorphes Silizium kann auch mit protokristallinem Silizium (pc-Si) zu einer Tandem-Zelle kombiniert werden. Protokristallines Silizium mit einem geringen Volumenanteil an nanokristallinem Silizium ist optimal für hohe Leerlaufspannungen. Diese Arten von Silizium weisen freie und verdrillte Bindungen auf, was zu tiefen Defekten (Energieniveaus in der Bandlücke) sowie zu Deformationen der Valenz- und Leitungsbänder (Bandenden) führt.

Polykristallines Silizium auf Glas
Ein neuer Versuch, die Vorteile von Bulk-Silizium mit denen von Dünnschichtbauelementen zu vereinen, ist polykristallines Dünnfilm-Silizium auf Glas. Diese Module werden hergestellt, indem eine Antireflexionsbeschichtung und dotiertes Silizium auf texturierte Glassubstrate unter Verwendung von plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) aufgebracht werden. Die Textur im Glas erhöht die Effizienz der Zelle um etwa 3%, indem die Menge an einfallendem Licht, das von der Solarzelle reflektiert wird, verringert wird und Licht in der Solarzelle eingeschlossen wird. Der Siliziumfilm wird durch einen Temperschritt bei Temperaturen von 400 bis 600 Celsius kristallisiert, was zu polykristallinem Silizium führt.

Diese neuen Geräte weisen eine Energieumwandlungseffizienz von 8% und hohe Herstellungsausbeuten von> 90% auf. Kristallines Silizium auf Glas (CSG), wo das polykristalline Silizium 1-2 Mikrometer ist, ist für seine Stabilität und Haltbarkeit bekannt; Die Verwendung von Dünnschichttechniken trägt ebenfalls zu Kosteneinsparungen gegenüber Bulk-Photovoltaik bei. Diese Module erfordern nicht das Vorhandensein einer transparenten leitenden Oxidschicht. Dies vereinfacht den Produktionsprozess zweifach; Dieser Schritt kann nicht nur übersprungen werden, sondern das Fehlen dieser Schicht macht den Aufbau eines Kontaktschemas sehr viel einfacher. Beide Vereinfachungen reduzieren die Produktionskosten weiter. Trotz der zahlreichen Vorteile gegenüber dem alternativen Design zeigen Produktionskostenschätzungen auf einer Fläche pro Einheit, dass diese Vorrichtungen in Kosten vergleichbar sind mit amorphen Dünnschichtzellen mit einer einzigen Verbindung.

Galliumarsenid
Das Halbleitermaterial Galliumarsenid (GaAs) wird auch für einkristalline Dünnschichtsolarzellen verwendet. Obwohl GaAs-Zellen sehr teuer sind, halten sie den Weltrekord für die höchst effiziente Single Junction-Solarzelle mit 28,8%. GaAs wird häufiger in Mehrfachsolarzellen für Solarmodule auf Raumfahrzeugen verwendet, da die Industrie die Effizienz gegenüber den Kosten für Weltraum-basierte Solarenergie (InGaP / (In) GaAs / Ge-Zellen) bevorzugt. Sie werden auch in der Konzentratorphotovoltaik eingesetzt, einer aufstrebenden Technologie, die sich am besten für Standorte eignet, die viel Sonnenlicht aufnehmen, indem sie Linsen verwenden, um das Sonnenlicht auf eine viel kleinere und damit kostengünstigere GaAs-Konzentrator-Solarzelle zu fokussieren.

Emerging Photovoltaik
Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) klassifiziert eine Reihe von Dünnschichttechnologien als aufkommende Photovoltaik – die meisten davon wurden noch nicht kommerziell angewendet und befinden sich noch in der Forschungs- oder Entwicklungsphase. Viele verwenden organische Materialien, oft Organometallverbindungen sowie anorganische Substanzen. Trotz der Tatsache, dass ihre Wirkungsgrade niedrig waren und die Stabilität des Absorbermaterials für kommerzielle Anwendungen oft zu kurz war, wird viel in diese Technologien investiert, da sie das Ziel versprechen, kostengünstig und hocheffizient zu produzieren Solarzellen.

Zu den neuen Photovoltaik-Technologien, die oft als Photovoltaik-Zellen der dritten Generation bezeichnet werden, gehören:

Kupfer-Zink-Zinn-Sulfid-Solarzelle (CZTS) und Derivate CZTSe und CZTSSe
Farbstoffsensibilisierte Solarzelle, auch „Grätzelzelle“ genannt
Organische Solarzelle
Perowskit-Solarzelle
Polymer-Solarzelle
Quantenpunkt-Solarzelle

Vor allem die Errungenschaften in der Erforschung von Perowskit-Zellen fanden in der Öffentlichkeit große Beachtung, da ihre Forschungseffizienz in letzter Zeit auf über 20 Prozent gestiegen ist. Sie bieten auch ein breites Spektrum an kostengünstigen Anwendungen. Eine weitere neue Technologie, die Konzentrator-Photovoltaik (CPV), verwendet hocheffiziente Mehrfachsolarzellen in Kombination mit optischen Linsen und einem Tracking-System.

Effizienz
Mit der Erfindung der ersten modernen Silizium-Solarzelle im Jahr 1954 begannen inkrementelle Effizienzverbesserungen. Bis 2010 hatten diese stetigen Verbesserungen zu Modulen geführt, die 12 bis 18 Prozent der Sonnenstrahlung in Strom umwandeln konnten. Die Effizienzverbesserungen haben sich in den Jahren seit 2010 weiter beschleunigt, wie die nebenstehende Grafik zeigt.

Zellen, die aus neueren Materialien hergestellt werden, tendieren dazu, weniger effizient zu sein als Massensilicium, sind aber in der Herstellung weniger teuer. Ihre Quanteneffizienz ist auch geringer aufgrund der verringerten Anzahl von gesammelten Ladungsträgern pro einfallendem Photon.

Die Leistung und das Potenzial von Dünnschichtmaterialien sind hoch und erreichen Zellwirkungsgrade von 12-20%; Prototyp-Modulwirkungsgrade von 7-13%; und Produktionsmodule im Bereich von 9%. Der Dünnschichtzellen-Prototyp mit dem besten Wirkungsgrad liefert 20,4% (First Solar), vergleichbar mit dem besten konventionellen Solarzellen-Prototyp-Wirkungsgrad von Panasonic von 25,6%.

NREL prognostizierte einmal, dass die Kosten in der Volumenproduktion unter 100 USD / m2 fallen würden und später unter 50 USD / m2 sinken könnten.

Ein neuer Rekord für die Dünnschicht-Solarzelleneffizienz von 22,3% wurde von Solar Frontier dem weltweit größten cis-Solarenergie-Anbieter erreicht. In einer gemeinsamen Studie mit der New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) in Japan erzielte Solar Frontier mit seiner CIS-Technologie eine Umwandlungseffizienz von 22,3% auf einer 0,5 cm2-Zelle. Dies ist ein Anstieg von 0,6 Prozentpunkten gegenüber dem bisherigen Dünnschicht-Rekord der Branche von 21,7%.

Absorption
Es wurden mehrere Techniken verwendet, um die Menge an Licht, die in die Zelle eintritt, zu erhöhen und die Menge zu reduzieren, die ohne Absorption austritt. Die naheliegendste Technik besteht darin, die obere Kontaktabdeckung der Zelloberfläche zu minimieren und die Fläche zu reduzieren, die verhindert, dass Licht die Zelle erreicht.

Das schwach absorbierte langwellige Licht kann schräg in Silizium eingekoppelt werden und durchläuft den Film mehrere Male, um die Absorption zu verstärken.

Es wurden mehrere Verfahren entwickelt, um die Absorption zu erhöhen, indem die Anzahl einfallender Photonen reduziert wird, die von der Zelloberfläche weg reflektiert werden. Eine zusätzliche Antireflexbeschichtung kann durch Modulation des Brechungsindex der Oberflächenbeschichtung destruktive Interferenz innerhalb der Zelle verursachen. Zerstörende Interferenz beseitigt die reflektierte Welle, wodurch alles einfallende Licht in die Zelle eintritt.

Oberflächenstrukturierung ist eine weitere Möglichkeit, die Absorption zu erhöhen, erhöht aber die Kosten. Durch Aufbringen einer Textur auf die Oberfläche des aktiven Materials kann das reflektierte Licht erneut gebrochen werden, um erneut auf die Oberfläche zu treffen, wodurch das Reflexionsvermögen verringert wird. Beispielsweise ist die Strukturierung von schwarzem Silizium durch reaktives Ionenätzen (RIE) ein effektiver und wirtschaftlicher Ansatz zur Erhöhung der Absorption Dünnschicht-Silizium-Solarzellen. Ein strukturierter Rückstrahler kann verhindern, dass Licht durch die Rückseite der Zelle entweicht.

Zusätzlich zur Oberflächentexturierung hat das plasmonische Lichtfallen-Schema viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, um die Photostromverstärkung in Dünnschichtsolarzellen zu unterstützen. Diese Methode nutzt die kollektive Schwingung angeregter freier Elektronen in Edelmetallnanopartikeln, die durch die Partikelform, die Größe und die dielektrischen Eigenschaften des umgebenden Mediums beeinflusst werden.

Zusätzlich zur Minimierung des Reflexionsverlusts kann das Solarzellenmaterial selbst optimiert werden, um eine höhere Wahrscheinlichkeit zu haben, ein Photon, das es erreicht, zu absorbieren. Thermische Verarbeitungstechniken können die Kristallqualität von Siliziumzellen erheblich verbessern und dadurch die Effizienz erhöhen. Das Schichten von Dünnfilmzellen, um eine Mehrfachsolarzelle zu erzeugen, kann ebenfalls durchgeführt werden. Die Bandlücke jeder Schicht kann so ausgelegt werden, dass sie einen unterschiedlichen Wellenlängenbereich am besten absorbiert, so dass sie zusammen ein größeres Lichtspektrum absorbieren können.

Weitere Fortschritte bei geometrischen Überlegungen können die Dimensionalität von Nanomaterialien nutzen. Große, parallele Nanodrahtanordnungen ermöglichen lange Absorptionslängen entlang der Länge des Drahtes, während kurze Minoritätsladungsträgerdiffusionslängen entlang der radialen Richtung beibehalten werden. Das Hinzufügen von Nanopartikeln zwischen den Nanodrähten ermöglicht eine Leitung. Die natürliche Geometrie dieser Arrays bildet eine strukturierte Oberfläche, die mehr Licht einfängt.

Produktion, Kosten und Markt
Mit den Fortschritten bei der herkömmlichen kristallinen Silizium (c-Si) -Technologie in den letzten Jahren und den sinkenden Kosten des Polysilizium-Ausgangsmaterials, die nach einer Periode eines starken globalen Mangels folgten, erhöhte sich der Druck auf Hersteller kommerzieller Dünnschichttechnologien, einschließlich amorpher Dünnschichten -Film-Silizium (a-Si), Cadmium-Tellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS), was zum Konkurs mehrerer Unternehmen führte. Ab dem Jahr 2013 sehen sich die Dünnschichthersteller weiterhin einem Preiswettbewerb durch chinesische Hersteller von Silizium und Herstellern von konventionellen c-Si-Solarmodulen ausgesetzt. Einige Firmen wurden zusammen mit ihren Patenten an chinesische Firmen verkauft, die unter den Kosten lagen.

Marktanteil
Im Jahr 2013 entfielen rund 9 Prozent des weltweiten Einsatzes auf Dünnschichttechnologien, 91 Prozent auf kristallines Silizium (Mono-Si und Multi-Si). Mit 5 Prozent des Gesamtmarktes hält CdTe mehr als die Hälfte des Dünnschichtmarktes und hinterlässt 2 Prozent für jedes CIGS und amorphe Silizium. 18-19

CIGS-Technologie
Mehrere namhafte Hersteller konnten den durch die Fortschritte der konventionellen c-Si-Technologie der letzten Jahre verursachten Druck nicht aushalten. Die Firma Solyndra hat alle Geschäftstätigkeiten eingestellt und 2011 Insolvenz angemeldet, und Nanosolar, ebenfalls ein CIGS-Hersteller, hat 2013 seine Pforten geschlossen. Obwohl beide Firmen CIGS-Solarzellen herstellten, wurde darauf hingewiesen, dass der Ausfall nicht fällig war zur Technologie, sondern eher wegen der Unternehmen selbst, die eine fehlerhafte Architektur verwenden, wie beispielsweise die zylindrischen Substrate von Solyndra. Im Jahr 2014 beendete das koreanische Unternehmen LG Electronics die CIGS-Restrukturierung seines Solargeschäfts, und Samsung SDI beschloss, die CIGS-Produktion einzustellen, während der chinesische PV-Hersteller Hanergy die Produktionskapazität seiner effizienten, 650 mm × 1650 mm großen CIGS-Technologie erhöhen wird. Module. Einer der größten Produzenten von CI (G) S-Photovoltaik ist das japanische Unternehmen Solar Frontier mit einer Produktionskapazität im Gigawatt-Bereich. (Siehe auch Liste der CIGS-Unternehmen).

CdTe-Technologie
Die Firma First Solar, ein führender Hersteller von CdTe, hat mehrere der größten Solarkraftwerke der Welt gebaut, wie die Desert Sunlight Solar Farm und die Topaz Solar Farm, beide in der kalifornischen Wüste mit einer Kapazität von je 550 MW, sowie das 102-Megawatt-Nyngan-Solarwerk in Australien, das größte PV-Kraftwerk in der südlichen Hemisphäre, in Betrieb genommen im Jahr 2015.
Im Jahr 2011 kündigte GE an, 600 Millionen US-Dollar für ein neues CdTe-Solarzellenwerk auszugeben und in diesen Markt einzutreten. Im Jahr 2013 kaufte First Solar GEs CdTe-Portfolio für Dünnschicht-Intellectual Property und gründete eine Geschäftspartnerschaft. Im Jahr 2012 ging Abound Solar, ein Hersteller von Cadmiumtellurid-Modulen, in Konkurs.

a-Si-Technologie
Im Jahr 2012 hat ECD Solar, einst einer der weltweit führenden Hersteller von amorphem Silizium (a-Si), Insolvenz angemeldet in Michigan, USA. Der Schweizer OC Oerlikon hat seine Solarsparte, die a-Si / μc-Si-Tandemzellen produzierte, an Tokyo Electron Limited verkauft. Im Jahr 2014 kündigte das japanische Elektronik- und Halbleiterunternehmen die Schließung seines Programms zur Entwicklung von Mikromorph-Technologien an. „Micromorph“ war der Handelsname für eine Solar-Tandemzelle, die eine mikrokristalline Siliziumschicht über der amorphen Schicht (a-Si / & mgr; -Si) verwendete.
Weitere Unternehmen, die den amorphen Silizium-Dünnschichtmarkt verlassen haben, sind DuPont, BP, Flexcell, Inventux, Pramac, Schuco, Sencera, EPV Solar, NovaSolar (ehemals OptiSolar) und Suntech Power, die 2010 die Produktion von a-Si-Modulen einstellten Silizium-Solarzellen. Im Jahr 2013 hat Suntech in China Konkurs angemeldet. Im August 2013 fiel der Spotmarktpreis von Dünnschicht-a-Si und a-Si / μ-Si auf 0,36 € bzw. 0,46 € (ca. 0,50 $ und 0,60 $) pro Watt.