Rekord: Oxford PV und Fraunhofer ISE entwickeln Tandem-Modul in industriellem Format mit 25 Prozent Wirkungsgrad

Forschende des Fraunhofer ISE haben eigenen Angaben zufolge das effizienteste Silizium-Perowskit-Tandem-Solarmodul der Welt im industriellen Format hergestellt. Das Team setzte dafür Tandemsolarzellen von Oxford PV ein und nutzte für die Herstellung Anlagen im „Module-TEC“-Produktionslabor des Fraunhofer ISE, die bereits in der Massenproduktion Anwendung finden und nun für die Tandemtechnologie optimiert wurden. Ergebnis ist den Unterlagen zufolge ein 1,68 Quadratmeter großes Modul mit 421 Watt und 25 Prozent Wirkungsgrad, bezogen auf die ausgewiesene beleuchtete Fläche. „Damit ist es effizienter als jedes Silizium-Photovoltaik-Modul im industriellen Format, das je gebaut wurde“, so Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik am Fraunhofer ISE.

Die Perowskit-Silizium-Solarzellen mit 26,8 Prozent Wirkungsgrad hat Oxford PV im M6-Format in Kleinserie in seiner Fabrik in Brandenburg gefertigt. Da die Perowskit-Schicht der Tandemzellen temperatursensibel ist, kamen für die Verschaltung und Einkapselung der Solarzellen Niedertemperatur-Prozesse zum Einsatz, die mechanisch besonders schonend für die Zellen sind, teilte das Forschungsteam weiter mit. Diese seien für die industrielle Massenfertigung geeignet und könnten auf kommerziellen Anlagen umgesetzt werden. „Eine Anpassung heutiger Photovoltaik-Modulfertigungslinien ist gut umsetzbar“, so Achim Kraft, Gruppenleiter für Verbindungstechnik am Fraunhofer ISE. Verschaltet wurden die Solarzellen über leitfähiges Kleben. Kraft zufolge ist diese Art der Verschaltung im Module-TEC des Fraunhofer ISE im industriellen Maßstab im Einsatz. „Zukünftig werden wir auch die Alternative erproben, die Solarzellen bei niedrigen Temperaturen zu verlöten“, so Kraft.

Für die Vermessung wurde ein neuer multispektraler Sonnensimulator verwendet, mit dem sich die Effizienz von Tandem-Photovoltaik-Modulen bestimmen lässt. Wie das Forschungsteam erläuterte, müssen dabei für präzise und reproduzierbare Aussagen über die Leistung des Moduls beide Zellschichten von unterschiedlichen LED-Lichtquellen unter möglichst genau den Bedingungen bestrahlt werden, unter denen sie auch bei natürlichem Sonnenlicht Strom produzieren würden. Da die aktuell standardisierten Messmethoden nicht vollständig auf diese neuartige Technologie übertragbar seien, sei das angewendete Verfahren zusätzlich mit Freilandmessungen validiert worden. Die Projektteams von Fraunhofer ISE und Oxford PV streben nun die Zertifizierung des Photovoltaik-Moduls an. Dazu werde die Langzeitstabilität bereits intensiv getestet.

Bei Oxford PV soll in diesem Jahr die kommerzielle Produktion der Tandemsolarzellen beginnen. Das neue Modul bezeichnete CEO David Ward als entscheidenden Meilenstein für Oxford PV, der beweise, dass die Tandem-Solarzellen des Unternehmens eine rekordverdächtige Leistung erbringen können, wenn sie zu Solarmodulen montiert werden. Perowskit-Silizium-Tandemzellen haben ein theoretisches Wirkungsgradpotenzial von über 43 Prozent, konventionelle Silizium-Solarzellen (mit einfachem p-n-Übergang) jedoch weniger als 30 Prozent.