Tandemsolarzellen auf dem Weg zur Serienreife
Mehrere Projekte arbeiten an effizienten Fertigungsverfahren für größere Solarzellen.
Auf klassischen Silizium-Solarzellen eine zweite Solarzelle aus Perowskit aufzubringen, ermöglicht es, das Sonnenspektrum noch besser auszunutzen. Weltweit forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daran, diese Tandemsolarzellen zuverlässig, langlebig und mit industriellen Herstellungsprozessen zu realisieren. Forschende am Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg entwickelten zwischen 2020 und 2022 gemeinsam mit Industriepartnern im Verbundvorhaben „Switch“ Technologien zur Herstellung von Perowskit-Silizium-Vollformat-Modulen.
Auf Zellebene gelang es dem Team des Leitprojekts „Manitu“ und des durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK geförderten Projekts „Presto“ Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen von Labor- auf Wafergröße zu skalieren. In einer gerade beschlossenen Zusammenarbeit mit Meyer Burger wird das Fraunhofer ISE seine Aktivitäten im Bereich Tandemsolarzellen und -module weiter intensivieren. Im Labormaßstab liegt der derzeit beste publizierte Wirkungsgrad bei 31,3 Prozent. Allerdings sind die Flächen solcher Labor-Solarzellen noch klein – etwa ein Quadratzentimeter – und die meisten der bisher im Labor verwendeten Herstellungsprozesse sind nicht für die industrielle Fertigung nutzbar.
„Wir freuen uns deshalb sehr, dass es uns gelungen ist, auf einer Fläche von über 100 Quadratzentimetern und mit industrieller Siebdruckmetallisierung einen zertifizierten Wirkungsgrad von 22,5 Prozent zu erreichen. Nun geht es für uns darum, auch mit skalierbaren Methoden auf großer Fläche die hohen Wirkungsgrade unserer kleinen Laborzellen zu realisieren“, sagt Patricia Schulze vom Fraunhofer ISE. Besonders intensiv arbeiten die Forschenden an einem hybriden Abscheideprozess aus zwei etablierten Herstellungsverfahren für die Herstellung von Perowskit-Solarzellen auf doppelseitig texturierten Silizium-Solarzellen.
Im Verbundvorhaben „Switch“ entwickelte das Fraunhofer ISE gemeinsam mit den Projektpartnern Verschaltungs- und Einkapselungslösungen für Tandemsolarzellen. „Die Verschaltungs- und Laminationsprozesse mussten dabei so verstanden und angepasst werden, dass die Perowskit-Silizium-Solarzellen ohne Schäden, kostengünstig und langzeitstabil ins Modul integriert werden können“, sagt Holger Neuhaus, Abteilungsleiter für Photovoltaikmodule am Fraunhofer ISE. Erste Prototypen mit einer Leistung von 430 Watt Peak konnten so bereits hergestellt werden. Flankiert wurden die Entwicklung durch eine detaillierte Analyse der Zelle-zu-Modul-Verluste und Arbeiten zur Langzeitstabilität der Tandem-Module. Im Rahmen des Verbundvorhabens „Salto“ konnte das Fraunhofer ISE die SWCT-Verschaltungstechnologie von Meyer Burger für Vollformatmodule etablieren. Diese Niedertemperatur-Technologie ist für die Verschaltung von Silizium-Perowskit-Solarzellen im Vergleich zu konventionellen Lötprozessen geeignet.
Fh.-ISE / JOL
