Photovoltaik-Module auf Basis von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen haben das Potenzial deutlich höhere Wirkungsgrade zu erzielen als heutige Silizium-PV-Module. Labore meldeten in den letzten Jahren immer neue Rekorde. Nun präsentiert das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE ein ausgewachsenes Perowskit-Tandem-Modul.

Das Perowskit-Tandem-Modul in Glas-Glas-Ausführung hat eine Fläche von 1,68 Quadratmetern. Die Leistung von 421 Watt ist auf den ersten Blick wenig spektakulär, doch beim Wirkungsgrad setzt es sich mit 25 Prozent eine Nasenlänge vor die kristallinen Siliziummodule. „Damit ist es effizienter als jedes Silizium-PV-Modul im industriellen Format, das je gebaut wurde“, sagt Professor Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik am Fraunhofer ISE. Zum Vergleich: Die industriell gefertigte aktuelle Hi-Mo 6 Serie von Longi kommt auf 22,8 Prozent. Der von Fraunhofer ISE angegeben Wirkungsgrad bezieht sich auf die ‚designated illuminated area‘.

Wichtiger als der kleine Vorsprung ist jedoch das Potenzial der neuen Technologie. Perowskit-Silizium-Tandemzellen haben einen theoretisches Wirkungsgradpotenzial von über 43 Prozent gegenüber weniger als 30 Prozent bei Silizium-Solarzellen. Im Labor haben Forschende mit den Tandemzellen bereits Wirkungsgrade von mehr als 33 Prozent erreicht.

Herstellungsverfahren für Massenproduktion geeignet – geht Perowskit-Tandem-Modul nun in Serie?

Mit dem Sprung in die industrielle Fertigung könnte der hohe Wirkungsgrad der neuen Technologie bald nutzbar werden. „Das für seine Herstellung massenfertigungskompatible Technologien eingesetzt wurden, belegt das enorme Potenzial der Tandem-Technologie für die PV-Industrie“, so Glunz. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nutzten für die Herstellung Anlagen im Module-TEC des Fraunhofer ISE, die bereits in der Massenproduktion Anwendung finden und optimierten die Prozesse für die Tandemtechnologie.

Die Perowskit-Silizium-Solarzellen im M6-Format mit einem Wirkungsgrad von 26,8 Prozent fertigt Oxford PV, ein Spin-Off der Universität Oxford, in Kleinserie in seiner Fabrik in Brandenburg. Dies Jahr soll dort die kommerzielle Produktion der Tandemsolarzellen beginnen. „Dieser neue Weltrekord ist ein entscheidender Meilenstein für Oxford PV und beweist, dass unsere Tandem-Solarzellen eine rekordverdächtige Leistung erbringen können, wenn sie zu Solarmodulen montiert werden“, sagt David Ward, Chief Executive Officer, Oxford PV.

Da die Perowskit-Schicht der Tandemzellen temperatursensibel ist, entwickelte das Forschungsteam für die Verschaltung und Einkapselung der Solarzellen Niedertemperatur-Prozesse. Diese sind auch mechanisch besonders schonend für die Zellen. „Diese sind für die industrielle Massenfertigung geeignet und können auf kommerziellen Anlagen umgesetzt werden, eine Anpassung heutiger PV-Modulfertigungslinien ist gut umsetzbar“ sagt Achim Kraft, Gruppenleiter für Verbindungstechnik am Fraunhofer ISE. Verschaltet sind die Solarzellen mit einem leitfähigem Klebstoff. „Diese Art der Verschaltung ist im Module-TEC des Fraunhofer ISE im industriellen Maßstab im Einsatz. Zukünftig werden wir auch die Alternative erproben, die Solarzellen bei niedrigen Temperaturen zu verlöten“, erklärt Kraft weiter.

Für die Vermessung nutzte das CalLab PV Modules des Fraunhofer ISE einen neuen multispektralen Sonnensimulator. Beide Zellschichten müssen dabei mit unterschiedlichen LED-Lichtquellen unter möglichst genau den Bedingungen bestrahlt werden, unter denen sie auch bei natürlichem Sonnenlicht Strom produzieren würden. Das soll zu präzisen und reproduzierbaren Aussagen über die Leistung des Solarmoduls führen. Allerdings sind die aktuell standardisierten Messmethoden nicht vollständig auf diese neuartige Technologie übertragbar. Deshalb haben die Forschenden das Verfahren zusätzlich mit Freilandmessungen validiert.

Die Projektteams von Fraunhofer ISE und Oxford PV streben nun die Zertifizierung des PV-Moduls an. Dazu laufen bereits intensive Tests zur Langzeitstabilität in den Klimakammern des TestLab PV Modules Im Fraunhofer ISE.

Weitere Meldungen rund um die Perowskit-Tandem-Technologie gibt es hier auf dem Solarserver.

Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH