Fraunhofer ISE: Erste Fertigungsversuche von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen mit Schindeltechnik

Eine Gruppe von Wissenschaftlern unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE hat versucht, die Schindelverschaltungstechnologie erstmals auf Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen (PVST) anzuwenden. „Die Kombination von PVST-Zellen mit Shingling ermöglicht eine weitere Steigerung des Modulwirkungsgrads, da die photoaktive Fläche durch das Fehlen von Zellzwischenräumen vergrößert wird“, erklärte die Hauptautorin der Studie, Veronika Nikitina, pv magazine. „Technologisch gesehen passt die Schindeltechnik zu den Temperaturbeschränkungen der PVST-Zellen, da der Hauptfaktor für die Wahl der Verarbeitungstemperatur die Aushärtungsbedingungen des elektrisch leitfähigen Klebstoffs sind.

Das neuartige Zelldesign haben die Forscher in der Studie „Shingling meets perovskite-silicon heterojunction tandem solar cells“ vorgestellt, die in der Fachzeitschrift „Solar Energy Materials and Solar Cells“ erschien.

Geschindelte Solarmodule weisen eine busbar-freie Struktur auf, bei der nur ein kleiner Teil der Zellen nicht dem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Die Zellen werden mit elektrisch leitfähigem Klebstoff zu einem geschindelten Strang hoher Dichte verklebt und die so entstandenen Streifen miteinander verbunden. Die reduzierte Anzahl von Busbars verringert die Abschattungsverluste. „Ein wesentlicher Vorteil der Kombination von PVST-Zellen und Shingling sind die geringeren Anforderungen an den Fingerwiderstand aufgrund der relativ geringen Stromdichte der Zellen“, so die Wissenschaftler. „Außerdem werden beim Shingling keine Bänder verwendet und es muss nur eine Zellseite mit elektrisch leitfähigen Klebstoffen (ECAs) bedruckt werden.

Sie betonten auch, dass Shingling weniger Material verbraucht und gleichzeitig die thermomechanische Belastung in den Paneelen verringert. Außerdem wird die aktive Fläche einer Zelle vergrößert, wodurch der Füllfaktor und der Wirkungsgrad der Energieumwandlung erhöht werden. Darüber hinaus haben geschindelte Solarmodule im Vergleich zu nicht geschindelten Produkten eine bessere Beschattungsresistenz.

Die Forscher verwendeten M6-Vorstufenprodukte (166 mal 166 Millimetern) mit einer zweipoligen Konfiguration, die vom Perowskit-Spezialisten Oxford PV bereitgestellt wurden. Die Metallisierung mit Niedertemperatur-Silberpaste im Siebdruckverfahren mit 60 Fingern und einer durchgehenden Busbar erfolgte am Fraunhofer ISE, während das Schneiden der Zellen in 1/5-Schindeln mit einem Wirkungsgrad von 24,5 Prozent im Werk von Oxford PV in Brandenburg erfolgte. Die Schindeln seien dann zur Verschaltung und Modulintegration an das Fraunhofer ISE zurückgeschickt.

„Die optimale Anzahl von Fingern auf der Vorderseite wurde bestimmt, indem die Anzahl der Finger gestreut wurde, während die Anzahl der Finger auf der Rückseite sowie die Abmessungen der Finger und die Abmessungen der Busbars konstant gehalten wurden“, erklärten die Forscher. Sie wiesen darauf hin, dass sie die Zell-zu-Modul (CTM)-Analyse nutzten, um die Auswirkungen der Anzahl der Finger und der Schindelgröße auf den Modulwirkungsgrad zu bewerten. Bei ihrer Analyse fanden die Wissenschaftler heraus, dass die 1/6 geschnittenen Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen-Zellen mit einem anfänglichen Wirkungsgrad der Schindelzellen von 25 Prozent einen Modulwirkungsgrad von 23,4 Prozent erreichen können.

„Die Machbarkeit des Schindelansatzes sowie der Modulintegration mit PVST-Zellen wurde durch die Herstellung von Vollformatmodulen demonstriert“, erklärte die Forschergruppe. „Echte“ bifaziale Glas-Glas-Solarmodule, die die Forscher auf Basis industrieller Produktionsanlagen herstellten, erreichten Wirkungsgrade von bis zu 22,8 Prozent. „Die Metallisierung von PVST-Vorläufern mit Niedertemperatur-Silberpaste durch Siebdruck und anschließendes Schneiden mit Laserritze und mechanischer Spaltmethode war erfolgreich“, so ihr Fazit.