Forschungspartnerschaft zu Dünnschicht-Tandemzellen von ZSW und First Solar

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und der US-amerikanische Hersteller von Cadmiumtellurid-Dünnschichtmodulen First Solar haben eine „strategische Forschungspartnerschaft zur Weiterentwicklung der Dünnschicht-Photovoltaik“ vereinbart. Die Kooperation konzentriert sich einer Mitteilung des ZSW zufolge „nicht nur auf die Leistungsfähigkeit von Solarmodulen, sondern auch auf das Potenzial zur Entwicklung und Optimierung von Dünnschicht-Tandemtechnologien im Gigawatt-Maßstab“.

Das ZSW erforscht seit mehr als 30 Jahren Photovoltaik-Dünnschichttechnologien, allerdings vor allem mit Halbleitern auf Basis von Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS). First Solar hingegen ist der einzige Photovoltaik-Hersteller, der im globalen Maßstab bedeutende Mengen von Dünnschicht-Solarmodulen produziert – dies allerdings auf Basis von Cadmiumtellurid. Im vergangenen Jahr meldete das Unternehmen ein Produktionsvolumen von 12,1 Gigawatt.

Eine Schnittstelle zwischen ZSW und First Solar sind Perowskit-Solarzellen, genauer: Tandem-Solarzellen aus Perowskiten und einem anderen Halbleiter. Das ZSW befasst sich nach eigenen Angaben seit mehr als zehn Jahren mit Perowskiten, „wobei der Schwerpunkt auf der Skalierung robuster Prozesse auf starren und flexiblen Substraten liegt“. Während weltweit viele Forschungsprojekte und auch die ersten Pilotproduktionen den Ansatz verfolgen, Perowskite mit Silizium-Wafern zu kombinieren, wollen ZSW und First Solar Technologien erkunden, „die ohne Wafer auskommen“.

„Verringerung der Herausforderungen in der Lieferkette“

First Solar wiederum hat im Mai letzten Jahres die 2019 als Ausgründung der schwedischen Universität Uppsala entstandene und zunächst bei CIGS-Technologien, später dann bei Perowskiten aktive Firma Evolar übernommen. Auch hier wurde als Motiv für die Transaktion die Entwicklung hocheffizienter Tandemzellen genannt. Offiziell firmiert Evolar inzwischen als First Solar European Technology Center AB und ist mit seinen 30 Mitarbeitern das europäische Forschungs- und Technologiezentrum des Mutterkonzerns. Rund 60 weitere Wissenschaftler arbeiten im US-Forschungs- und Technologiezentrum von First Solar in Santa Clara (Kalifornien) sowie in den Entwicklungsteams in Perrysburg (Ohio).

CIGS spielt bei Evolar weiterhin eine Rolle, das Unternehmen gehört ebenso wie das ZSW und die Universität Uppsala einem Forschungskonsortium an, dessen erklärtes Ziel ein Wirkungsgrad von 25 Prozent für CIGS-Solarzellen ist. Aktuell hält Evolar gemeinsam mit der Universität Uppsala den Weltrekord von 23,64 Prozent.

Das ZSW und First Solar wollen mit ihrer Forschungskooperation nun „eine wettbewerbsfähige, leistungsstarke und CO₂-ärmere Alternative zu herkömmlichen PV-Modulen aus kristallinem Silizium“ erkunden. Die Weiterentwicklung von Dünnschichten sei von großer Bedeutung, weil Tandem-Solarzellen „weithin als die nächste Generation der Photovoltaik anerkannt“ seien und weil „jede Tandemzelle mindestens eine Schicht aus Dünnschicht-Solarzellen enthält“. Nicht nur die potenziellen Wirkungsgrade seien hierbei bedeutsam, sondern auch der vergleichsweise geringe Energiebedarf zur Produktion und „eine Verringerung der Herausforderungen in der Lieferkette“.

Außerdem bestehen der Mitteilung zufolge weitere „potenzielle Forschungsbereiche“ in der optischen Anpassung gestapelter Zellen und in der Entwicklung von speziellen Charakterisierungstechniken. Als das „übergeordnete Ziel“ der Partnerschaft gilt „die Erforschung von Möglichkeiten, Dünnschichtmodule durch eine bessere Nutzung des Sonnenspektrums effizienter zu machen“.