Imec stellt 781 Quadratzentimeter großes bifaziales Perowskit-Solarmodul mit 11,9 Prozent Wirkungsgrad vor

von pv magazine International

Ein Forscherteam unter der Leitung des belgischen Forschungsinstituts Imec hat ein Perowskit-Solarmodul hergestellt, das auf einer skalierbaren Stapeltechnologie basiert. „Wir berichten über die Entwicklung einer stabilen Bauelemente-Architektur, die mit industriekompatiblen Techniken wie Sputtern, Aufdampfen und Slot-Die-Beschichtung verarbeitet werden kann“, so der Forscher Anurag Krishna auf Anfrage von pv magazine.

Das Solarmodul basiert auf Perowskit-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 17 Prozent, die aus einer p-i-n-Konfiguration, einer Elektronentransportschicht aus Nickel(II)-Oxid (NiOx), einer mittels Slot-Die-Beschichtung aufgebrachten Perowskit-Schicht, einer Elektronentransportschicht aus Buckminsterfulleren (C60) und Lithiumfluorid (LiF), einer Bathocuproin-Pufferschicht (BCP) und einer Kupferelektrode bestehen. Sie erreichten einen Wirkungsgrad von 13,08 Prozent und einen geometrischen Füllfaktor (GFF) von etwa 89 Prozent.

Die Wissenschaftler konstruierten ein 56-zelliges monofaciales Siolarmodul mit einer aktiven Fläche von 784 Quadratzentimetern, einem Wirkungsgrad von 13,08 Prozent und einem geometrischen Füllfaktor (GFF) von etwa 89 Prozent. Anschließend bauten sie ein zweites bifaciales Modul, indem sie die Kupferelektrode durch eine auf Indium-Zinn-Oxid (ITO) basierende Elektrode ersetzten.

„Es ist bekannt, dass Elektrodenmetalle wie Kupfer, Gold, Silber und so weiter bei Wärme- und Lichtbelastung in die Perowskit-Schicht diffundieren und so die Langzeitstabilität beeinträchtigen, wohingegen Produkte mit transparenten, leitfähigen Elektroden eine wesentlich bessere Stabilität bei beschleunigter Alterung aufweisen“, erklärten die Forscher. „ITO hat im Vergleich zu Metallelektroden eine geringere Leitfähigkeit, was zu Widerstandsverlusten und folglich zu einem niedrigeren Füllfaktor führen kann. Um dies zu minimieren, haben wir ein Moduldesign mit einer geringeren Breite der Subzellen entwickelt, was zu 93 Subzellen führt.“

Das bifaziale Modul hat eine Aperturfläche von 781 Quadratzentimeter und erreicht einen Wirkungsgrad von 11,9 Prozent.

„Darüber hinaus zeigten die entwickelten verkapselten bifazialen Mini-Module (4 Quadratzentimeter) eine hohe Toleranz gegenüber feuchter Hitze nach IEC 61215 [85 C, 85 Prozent relative Luftfeuchtigkeit (RH)], wobei die besten Module nach 1000 Stunden noch etwa 92 Prozent des ursprünglichen Wirkungsgrads aufwiesen“, so Krishna. Er wies zudem darauf hin, dass eine Passivierung der Grenzflächen den Wirkungsgrad des Moduls weiter erhöhen könnte.

Den Forschern zufolge zeigen die Ergebnisse, dass der vorgeschlagene Stapel-Technologie thermisch stabil ist und dass die Verkapselung robust genug ist, um Stabilität zu gewährleisten. „Diese Arbeit ist ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung von hochskalierbaren Fertigungstechnologien für die Perowskit-Photovoltaik“, sagte Krishna weiter. Sie zeige, wie eine Skalierung der Perowskit-Technologie bei minimalen Leistungsverlusten durch die Entwicklung einer stabilen Bauelemente-Archtitektur mit industriell kompatiblen Prozessen gelingen könne.

Ihre Ergebnisse stellten die Imec-Forscher in der Studie „Stable Device Architecture With Industrially Scalable Processes for Realizing Efficient 784 cm2 Monolithic Perovskite Solar Modules“ vor, die kürzlich im Fachmagazin „IEEE Journal of Photovoltaics“ erschien.