Perowskit-basierte Tandem-Photovoltaik besser charakterisieren

Weltweit wird gerade die industrielle Herstellung der Perowskit-Silizium-Photovoltaik intensiv vorbereitet. „Es ist wichtig, für die aufstrebende Technologie möglichst bald hoch präzise und reproduzierbare Messungen zur Verfügung zu stellen, damit es einen objektiven Wettbewerb geben kann“, so Stefan Glunz, Bereichsleiter für Photovoltaik Technologien am Fraunhofer ISE. Ein Projektkonsortium unter Leitung des Forschungsinstituts entwickelt daher zurzeit in dem vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt „Katana“ Verfahren zur Charakterisierung von Perowskit-basierten Tandemmodulen. Der dafür eigens von der Firma Wavelabs Solar Metrology Systems GmbH gebaute Sonnensimulator ist nun im Kalibrierlabor „CalLab PV Modules“ des Fraunhofer ISE im Einsatz.

Dem Forschungsteam zufolge müssen bei Perowskit-Tandemmodule alle Zellschichten von unterschiedlichen Lichtquellen unter möglichst genau den Bedingungen angestrahlt werden, unter denen sie auch bei Sonnenlicht Strom produzieren würden, um dann Aussagen über den Wirkungsgrad der Gesamtzelle und des Moduls machen zu können. Das macht demnach der Sonnensimulator möglich: Er kann sowohl Perowskit-Silizium-Zellen im Labormaßstab ab 5 mal 5 Millimetern vermessen als auch 2,40 mal 1,30 Meter große Module. 28 unterschiedliche spektral einstellbare Lichtkanäle, verteilt auf 40 Lichtquellen mit insgesamt 18400 LED, seien durch den sehr großen Wellenlängenbereich von 320 bis 1650 Nanometern weltweit einmalig und die Basis für das entwickelte Testverfahren. Der Sonnensimulator ermöglicht demnach auch die Charakterisierung von Mehrfachsolarzellen und -modulen aus weiteren Materialien.

Wie das Fraunhofer ISE weiter mitteilte, sind für die Effizienzbestimmung von Perowskit-basierter Tandem-Photovoltaik die klassischen, auch Flasher genannten Blitzlicht-Simulatoren aus der Silizium-Photovoltaik nicht geeignet, da diese das Lichtspektrum, das die Tandemzellen in Strom umwandeln, nicht variabel auf die Technologie einstellen können. Außerdem reiche die Beleuchtung durch einen Flasher zeitlich nicht aus, um die Effekte zwischen den Teilzellen zu berücksichtigen. Statt dessen müssten die Solarzellen und -module unter Dauerlicht getestet werden, wofür bisher aufwändige und wetterabhängige Außentests nötig gewesen seien.

Wavelabs zufolge ist der neue Sonnensimulator ein Meilenstein hin zu einem standardisierten Kalibrierverfahren für Perowskit-Silizium-Tandemmodule. Jenseits der Standardspektren könne auch das Licht zu beliebigen Tageszeiten und Regionen simuliert und der Einfluss auf Tandemmodule untersucht werden. Die durch die längere Ausleuchtung entstehende Wärme während einer Modul-Charakterisierung soll ab 2024 eine zusätzlich installierte Klimakammer ausgleichen, in der die Zellen und Module für die Vermessung platziert werden.