Persowskit-Module haben das Potenzial, die mögliche Effizienz von Siliziummodulen auf bis zu 43,3 Prozent zu steigern. Ohne diese 500 Nanometer dünne zusätzliche Schicht auf den Siliziumzellen liegt das Wirkungsgradlimit bei 29,4 Prozent. Um dieser Tandemtechnologie den Weg in die industrielle Umsetzung zu ebnen, hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) ein neues Labor eröffnet. Es bietet eine unabhängige Infrastruktur für die Forschung und Entwicklung.
Hersteller können im neuen Labor forschen
Das Fraunhofer ISE stellt das Labor der deutschen und europäischen Photovoltaikindustrie zur Verfügung. Die Zell- und Modulhersteller können dort neue Zelldesigns in industrienahen Fertigungsprozessen auf große industrielle Zellformate von 210 mal 210 Millimetern hochskalieren, umfangreich analysieren und in Solarmodule integrieren. „Die Photovoltaik ist noch lange nicht ‚auserforscht‘“, betont Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik am Fraunhofer ISE. „Im Gegenteil, hier ist noch sehr viel zu holen und Tandemsolarzellen sind der entscheidende Hebel für noch mehr Effizienz. Das bedeutet: mehr Solarenergie auf kleinerer Fläche und mit geringerem Materialeinsatz“, umschreibt er die Vorteile.
Erfahrung bei der Entwicklung von Perowskitzellen gesammelt
Neben der Entwicklung von Perowskit-Silizium-Solarzellen und -modulen sowie Technologien zu deren Herstellung bietet das neue Labor auch eine umfangreiche Charakterisierungs- und Analyse-Umgebung. „Die neue Laborinfrastruktur baut auf 20 Jahren Erfahrung in der industrienahen Entwicklung von Silizium-Photovoltaik im Photovoltaik-Technologie-Evaluations-Center PV-TEC auf“, erklärte Ralf Preu, Bereichsleiter Photovoltaik am Fraunhofer ISE. „Das PV-TEC gewährleistet auch die Versorgung des neuen Labors mit optimierten Silizium-Bottom-Zellen sowie einer engen Anbindung an heutige Produktionsprozesse.“
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Das Fraunhofer ISE hat schon viel Erfahrung bei der Entwicklung der Perowskit-Technologie gesammelt. Dabei setzen die Freiburger Forscher bei der Herstellung der Tandemsolarzellen auf eine Kombination von Vakuum- und nasschemischen Prozessen. Mit dieser Technologie hat das Institut im Labormaßstab bereits Spitzenwirkungsgrade von über 33 Prozent erzielt. Dieses Verfahren habe den Vorteil, dass weiterhin normale, texturierte Siliziumsolarzellen aus der Industrie verwendet werden können, erklären die Freiburger Forscher. Das erlaube es, direkt an den heutigen Solarzellenstandard anzuschließen und einen höheren Energieertrag der Tandemmodule zu erzielen.
Maschinen im Labor testen
Die industrielle Umsetzung der Kombination von verschiedenen Dünnschichttechnologien mit der waferbasierten Siliziumzelle ist aber eine Herausforderung. Im neuen Labor kann genau diese Hürde überwunden werden. „Die Perowskit-Silizium-Photovoltaik-Technologie bietet dem Maschinenbau die Chance, weltweit eine Spitzenposition für Anlagen mit hohem Durchsatz zu erreichen“, sagte Pia von Ardenne, Geschäftsführerin des Dresdener Maschinenbauers Von Ardenne. „Ich freue mich, dass unsere Vakuumbeschichtungsanlagen am Fraunhofer ISE dazu beitragen, industrienahe Forschung auf höchstem Niveau durchzuführen. So können gemeinsam skalierbare Märkte durch industrietaugliche Beschichtungsprozesse für die neue Generation der Solartechnologie erschlossen werden.“
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Chance für die europäische Solarindustrie
Mit der neuen Perowskit-Technologie können sich europäische Hersteller von der Konkurrenz aus Fernost abgrenzen. „Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen bieten eine Chance für einen Wiedereinstieg in eine europäische, industrielle Photovoltaikfertigung“, betont Andreas Bett, Institutsleiter des Fraunhofer ISE. „Die produzierende deutsche und europäische Solarindustrie steht aktuell unter großem Druck, weiter Marktanteile zu verlieren. Bei der Photovoltaikforschung sind wir auf internationalem Spitzenniveau und das kann und sollte den hiesigen Industriepartnern den Rücken stärken“, ist sich Andreas Bett sicher.
