CIGS-Module sind leicht, flexibel und preiswert

CIGS-Module bezeichnet man bisweilen auch als CIS-Solarmodule. Als Sonderform gehören sie zu den Dünnschichtmodulen. Die vier Buchstaben CIGS stehen für einen Werkstoff aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen. Von allen Dünnschichtmodulen bieten CIGS Solarmodule den höchsten Solarertrag. Ihr Wirkungsgrad erreicht den von polykristallinen Modulen. Ihre Herstellung ist in der Regel aber aufgrund der viel dünneren Halbleiterschicht günstiger als die eines Silizium-Moduls. Die leichten Module lassen sich zudem in viele Dächer und Solarfassaden sowie in Fahrzeuge integrieren.

CIGS-Solarzellen haben unter Laborbedingungen bereits Wirkungsgrade von über 23 Prozent auf Zellebene erzielt. Allerdings ist der Wirkungsgrad eines Solarmoduls in der Regel geringer als der einzelner Zellen. CIS Solarmodule erreichen unter standardisierten Bedingungen ungefähr 17 Prozent. Monokristalline Silizium-Solarmodule haben höhere Wirkungsgrade.

Vorteilhaft im Vergleich zu kristallinen Modulen können die CIGS-Module an Standorten sein, die für Photovoltaik keine optimalen Bedingungen bieten. Bei diffusem Licht sind Module mit CIGS-Halbleiterschicht effizienter und liefern im Winter bessere Erträge als kristalline Solarzellen (hier lesen Sie mehr zu Photovoltaik im Winter).

Moderne CIGS-Zellen bestehen einer Trägerschicht wie Glas. Beschichtet wird der Träger beispielsweise mit Molybdän (Rückkontakt). Darüber folgen die CIGS-Absorber- und eine durchsichtige Zinkoxidschicht. Die Absorberschicht der CIGS-Module ist viel dünner als bei kristallinen Modulen, bei denen eine Dicke von 150 bis 200 Mikrometer (μm) erreicht. Beim CIGS-Modul sind es oft nur ein bis vier Mikrometer. Zum Vergleich: Menschliche Haare sind durchschnittlich zwischen 55 und 70 Mikrometer dick.

Einige CIGS-Absorber-Module kommen heute auch ohne festes Trägermaterial wie Glas aus. Das französische Unternehmen Solar Cloth hat beispielsweise ein aufrollbares Modul mit einer CIGS-Schicht auf einem textilen Träger entwickelt. Der Wirkungsgrad erreicht 17 Prozent.

Für kristalline Solarmodule werden viele einzelne Solarzellen durch Löten miteinander verbunden. Bei der Produktion der CIGS Module entfällt dieser aufwändige Prozessschritt. Stattdessen wird die Halbleiterschicht in einem vollautomatischen Produktionsprozess auf das Trägermaterial aufgetragen. Rillen unterteilen sie anschließend in viele kleine Zellen, die wie seriell miteinander verschaltete Batterien wirken. Die Spannung jeder einzelnen Zelle wird zur Gesamtspannung des Moduls summiert. Die Rillen entstehen auf klassische Weise durch mechanisches Ritzen (das sogenannte Scriben). Alternativ produziert ein Laser feinere Rillen als beim Ritzen und steigert so den Wirkungsgrad der CIGS-Module.

Wer CIGS-PV-Module kaufen möchte, muss dafür weniger Geld als für kristalline PV-Module bezahlen. Wegatech, ein Unternehmen zur Planung von Energietechnik für erneuerbare Energien, nennt als Preisrahmen für ein monokristallines Photovoltaik-Modul (Leistung: 300 bis 400 Watt) 160 bis 300 Euro. Für Dünnschicht-Technologie wie die CIGS-Module zahlt man 20 bis 40 Prozent weniger. Während mono- und polykristalline Solarmodule 2022 etwa 1.300€ bis 1.700€ pro kWp (inkl. Montage) kosten, liegen die Preise für Dünnschichtmodule bei nur etwa 750€ bis 1.300€ pro kWp. Hier finden Sie eine vertiefende Darstellung der Kosten von Photovoltaik.

Auf Dachflächen von Immobilien eignen sich PV-Module auf Siliziumbasis aufgrund höherer Wirkungsgrade im Vergleich zur CIGS-Technologie oft besser. Sind die Lichtverhältnisse ungünstig oder ist das Dach nicht sehr tragfest, können CIGS-Module geeigneter sein. Sehr gut lassen sich die relativ leichten und CIGS-Dünnschichtmodule für Solarfassaden integrieren. Hersteller werben hier auch mit dem ästhetischen Design der CIGS-Module. Für großflächige Freiflächenanlagen kommen CIGS-Module ebenfalls infrage. Darüber hinaus lassen sie sich in Fahrzeuge wie Automobile oder Flugzeuge integrieren.

Vorteile

• Die Produktion von CIGS-Dünnschichtmodulen ist aufgrund der weitaus geringeren Halbleiterschicht günstiger als die kristalliner PV-Module.

• Von allen Dünnschichtmodulen haben CIGS-Module den höchsten Wirkungsgrad.

• CIGS-Module sind (unter anderem aufgrund ihres geringen Gewichts) sehr gut für Solarfassaden geeignet.

• Die Module funktionieren auch bei diffusem Licht (morgens und abends) gut. Sie liefern selbst im Winter sowie bei hohen Außentemperaturen noch einen relativ guten Solarertrag.

• Die Energierücklaufzeit ist geringer als bei kristallinen Modulen. Als Energierücklaufzeit bezeichnet man die Zeit, bis das Modul die Energie produziert hat, die für seine Herstellung aufgewendet wurde. Mehr dazu lesen Sie in unserem Artikel "Die Ökobilanz von Photovoltaik".

• CIGS-Module sind preisgünstiger als kristalline Module.

Nachteile

• Der Wirkungsgrad der CIGS Module ist schlechter als der monokristalliner PV-Module.

• Auf Dächern benötigt man zumeist mehr Fläche als für monokristalline Varianten, um dieselbe Menge Strom zu produzieren.

• Die Moduldegradation ist meistens höher als bei kristallinen Modulen. Als Degradation bezeichnet man die durch Alterung auftretende Leistungsminderung.

• CIGS-Module sind mit weniger Montagesystemen kompatibel als viele kristalline Module.

Eines der ersten CIGS-Module produzierenden Unternehmen war das 2005 gegründete US-amerikanische Unternehmen Solyndra, das allerdings 2011 Insolvenz angemeldet hat. Die klassischen CIGS Photovoltaik-Module von Solyndra bestanden aus röhrenförmig gewickelten CIGS-Folien in Glasröhren. Sie konnten direkte und indirekte Sonnenstrahlung von allen Seiten aufnehmen und in Strom umwandeln. Deshalb lieferten sie selbst mit diffusem Sonnenlicht am frühen Morgen oder späten Abend akzeptable Erträge. Die Module waren unter anderem für Flachdächer gut geeignet und eine weiße Reflektorfolie auf der Dachfläche konnte ihren Solarertrag noch etwas steigern. 2009 benötigte das besonders leistungsstarke SL-001-191-CIGS-Modul von Solyndra eine Dachfläche von 10,4 Quadratmetern, um unter standardisierten Bedingungen ein Kilowatt-Peak (kWp) Strom zu erzeugen.

Heute sind andere Unternehmen auf dem Markt aktiv. Zu den Herstellern von CIGS-Modulen gehören unter anderem Unternehmen mit Standorten in Deutschland: etwa Avancis, Nice Solar Energy mit einem Standort in Schwäbisch Hall oder Büttner Elektronik, die mobile Solarlösungen für Fahrzeuge wie Reisemobile entwickeln.

Zu den weltweit größten Unternehmen für die Produktion von Dünnschicht-Solartechnologie und CIGS-Modulen gehört das chinesische Unternehmen Hanergy Holding Group. Unter seinem Dach vereinen sich Unternehmen wie MiaSolé, die ebenfalls auf CIGS-Technologie setzen.