ZSW nimmt Forschungsanlagen für Perowskit-Tandemsolarzellen in Betrieb

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Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) will die Perowskit-Tandemsolarzellen näher an die Marktreife bringen. Dazu hat das Forschungsinstitut jetzt zwei neue Beschichtungsanlagen für die Doppel Perowskit-Perowskit und Perowskit-CIGS in Betrieb genommen. Damit unterstützt das ZSW Unternehmen, ihre Prozesse und Produkte in diesem Bereich weiterzuentwickeln. Die produzierten Solarzellen und -module können sie nach der Fertigung im ZSW-Testlabor Solab sowie im Freifeld auf ihre Langzeitstabilität testen.

Die vier Beschichtungskammern des Perowskit-Clusters sind um einen Zentralroboter herum gruppiert. In ihnen lassen sich unter hochreinen Bedingungen verschiedene Solarzellenschichten herstellen – mit gesputterten transparenten Schichten, verdampften metallischen oder organischen Schichten sowie einer optimierten Vakuumbeschichtung von Perowskiten in einer Vakuumkammer. In der Anlage sind künftig Mehrkomponenten-Perowskit-Schichten mit hoher Homogenität und Reproduzierbarkeit herstellbar. Erste Optimierungen im Zellaufbau mit aufgedampften organischen Elektronenleiterschichten hat das ZSW nach eigenen Angaben bereits erfolgreich durchgeführt. Tandemsolarzellen mit Siliziumhalbleiter können auf verschiedenen Siliziumzellen externer Partner produziert werden.

„Im Institut bestehen nun hervorragende Bedingungen für die Entwicklung von Tandemsolarzellen, insbesondere was die Prozesstechnik für die Herstellung von Solarzellen im Vakuum unter hochreinen Laborbedingungen betrifft. Damit wollen wir die physikalischen Grenzen der Technologie ausloten“, sagt Jan-Philipp Becker, Leiter des ZSW-Fachgebiets ‚Photovoltaik: Materialforschung‘. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) hat die beiden Anlagen im Rahmen der Projekte „CAPITANO“ und „CIGS-Cluster“ gefördert.

Dünnschichttechnologien bieten große Flexibilität

Tandemsolarzellen bestehen aus unterschiedlichen, übereinander geschichteten Solarzellen. „Die Schichten nutzen zusammen die Breite des Sonnenlichtspektrums besser aus als die jeweilige Einfachsolarzelle“, erklärt Becker. Die obere Solarzelle wandelt das Licht im sichtbaren Teil des Sonnenspektrums in Strom um, die darunter liegende das Licht im infrarotnahen Spektrum. Durch die Kombination weisen die Tandemsolarzellen einen höheren möglichen Wirkungsgrad auf, der in den kommenden Jahren deutlich über die 30-Prozent-Marke steigen wird. Mittlerweile stehen mehrere Varianten von Tandemzellen zur Verfügung.

Besonders interessant sind nach Einschätzung des ZSW Tandemsolarzellen mit Perowskit-Schichten als lichtabsorbierendem Material. Einige Verbindungen dieser Materialklasse zeigen hervorragende optische und elektronische Eigenschaften und sind reichlich und kostengünstig auf der Erde verfügbar. Als zweite absorbierende Schicht setzen die Forscher des ZSW auf Zellen aus CIGS (Kupfer, Indium, Gallium und Selen), aus Silizium oder erneut Perowskit, aber mit angepasstem spektralem Empfindlichkeitsbereich. Die Kombination der verschiedenen Zelltypen – Perowskit-CIGS, Perowskit-Silizium oder Perowskit-Perowskit – biete eine aussichtsreiche Möglichkeit, den Wirkungsgrad weiter deutlich zu steigern.

Im Fall von Tandemsolarzellen mit dem Duo Perowskit-Perowskit oder Perowskit-CIGS gibt es neben der hohen Effizienz weitere Vorteile, so das ZSW: Als Dünnschichttechnologie können die Module auch auf Kunststoff- oder Stahlfolien hergestellt werden und sind dann leichtgewichtig und flexibel. Dadurch eignen sie sich hervorragend für Anwendungen über Obstplantagen, im Fahrzeugdach oder in der gebäudeintegrierten Photovoltaik.

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