HZB will Silizium-Perowskit-Tandemzellen näher an kommerzielle Produktion bringen

Das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) will mit neuen Fertigungsanlagen die kommerzielle Produktion von Silizium-Perowskit-Tandemzellen vorantreiben. Nach den rapiden Wirkungsgradverbesserungen für Perowskit-Zellen, für die das HZB mit seiner im Labor getesteten Entwicklung den Rekord von 29,1 Prozent hält, sind ein großer Hoffnungsträger in der Photovoltaik, da die kristallinen Solarzellen deutlich limitierter in ihrer Effizienz sind. Die Kombination jedoch aus Silizium- und Perowskit-Solarzellen weckt Hoffnungen auf Wirkungsgrade jenseits der 35 Prozent.

Bislang gibt es für die neuen Tandemzellen – bestehend aus einer Siliziumzelle und einer zweiten, darüber liegenden Zelle auf Basis einer Halbleiterverbindung mit Perowskit-Struktur – noch keine Massenfertigung. Oxford PV besitzt in Brandenburg an der Havel eine Pilotfertigung und ist derzeit dabei eine größere Linie in Betrieb zu nehmen. Bis Mitte nächsten Jahres soll sie hochgefahren sein.

Auch das HZB will bei der Kommerzialisierung der vielversprechenden Technologie unterstützen und auf ein industrierelevantes Niveau heben. „Unser Ziel ist es, den Wirkungsgrad solcher Zellen über 30 Prozent zu steigern – und das nicht nur im Labormaßstab, sondern auch bei Herstellung in einer kommerziellen Größenordnung“, sagt Bernd Stannowski, der die entsprechenden Arbeiten am Kompetenzzentraum Photovoltaik des HZV leitet. Dazu werde auf neue, modulare Anlagen gesetzt. „Damit wird es möglich sein, Tandemzellen auf 6-Zoll-Wafern herzustellen, wie sie in der Photovoltaik-Industrie gebräuchlich sind“, so Stannowski weiter.

Als Bottomzelle nutzt das HZB eine Heterojunction-Zelle, wobei die Oberflächen des Silizium-Wafers mit sehr dünnen amorphen Silizium Kontaktschichten versehen werde. Diese werden durch Abscheiden mittels sogenanntem Plasma-Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) hergestellt. Die Schweizer Firma Indeotec habe den Berliner Forschern nun dafür eine Cluster-Anlage zur Verfügung gestellt, die über ein technisches Novum verfüge. „Als weltweit erste Anlage dieser Art besitzt sie sogenannte PECVD-Mirror-Prozessmodule, mit denen sich Silizium-Wafer beidseitig beschichten lassen – ohne sie dazu drehen zu müssen“, sagt Stannowski.

Die dort hergestellte Heterojunction-Bottomzelle sei die Basis für die Weiterverarbeitung zur Tandem-Zelle. Ab 2021 stünde dafür eine neue vom Bundeswirtschaftsministerium finanzierte Anlage zum vakuumtechnischen Abscheiden verschiedener Materialien bereit, heißt es weiter. Sie werde derzeit von den beiden Dresdner Firmen Von Ardenne und Creaphys entwickelt. In der neuen Anlagen werden dem HZB zufolge dann alle nötigen Prozessschritte zur Herstellung der Oberzelle aus Perowskit integriert sein. „Mit dieser weltweit einzigartigen Technik lassen sich die komplette, aus mehreren Schichten bestehende Zelle sowie die elektrischen Kontakte automatisch und in einem einzigen Durchlauf mit hohem Durchsatz fertigen“, betont Stannowski. Dies ist eine Grundvoraussetzung, um wettbewerbsfähig die hocheffizienten Tandemzellen produzieren zu können.