Neues Solarmodul mit 25 Prozent Wirkungsgrad serienreif

Das effizienteste Silizium-Perowskit-Tandem Solarmodul der Welt im industriellen Format vermeldet das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE). Ein Forschungsteam fertigte aus Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen von Oxford PV ein Photovoltaik-Modul mit einem Wirkungsgrad von 25 Prozent und einer Leistung von 421 Watt auf einer Fläche von 1,68 Quadratmetern. Die Tandemtechnologie hat das Potenzial deutlich höhere Wirkungsgrade zu erzielen als bisherige Silizium-PV-Module. Dies gelingt, weil zwei PV-Schichten übereinander angeordnet sind, wobei die obere einen Teil des Lichts durchlässt.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nutzten für die Herstellung Anlagen in der Fraunhofer-ISE-Einrichtung „Module Technology Evaluation Center“ (Module-TEC), die bereits in der Massenproduktion Anwendung finden und optimierten die Prozesse. Das Glas-Glas-PV-Modul aus den Oxford-PV-Solarzellen könne damit auch in der PV-Industrie gefertigt werden. „Es ist effizienter als jedes Silizium-PV-Modul im industriellen Format, das je gebaut wurde“, sagte Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik am Fraunhofer ISE.
 Die Perowskit-Silizium-Solarzellen im M6-Format mit einem Wirkungsgrad von 26,8 Prozent fertigte Oxford PV, ein Spin-Off der Universität Oxford, in Kleinserie in seiner Fabrik in Brandenburg. Dieses Jahr beginnt die kommerzielle Produktion der Tandemsolarzellen. David Ward, Chief Executive Officer von Oxford PV, sagte, Perowskit-Silizium-Tandemzellen hätten ein theoretisches Wirkungsgradpotenzial von über 43  Prozent gegenüber weniger als 30 Prozent bei Silizium-Solarzellen.

Niedertemperatur-Prozesse entwickelt

Da die Perowskit-Schicht der Tandemzellen temperatursensibel ist, entwickelte das Forschungsteam für die Verschaltung und Einkapselung der Solarzellen Niedertemperatur-Prozesse, die mechanisch auch besonders schonend für die Zellen sind. „Diese sind für die industrielle Massenfertigung geeignet und können auf kommerziellen Anlagen umgesetzt werden, eine Anpassung heutiger PV-Modulfertigungslinien ist gut umsetzbar“, erklärte Achim Kraft, Gruppenleiter für Verbindungstechnik am Fraunhofer ISE.

Verschaltet wurden die Solarzellen mittels leitfähigem Kleben. „Zukünftig werden wir auch die Alternative erproben, die Solarzellen bei niedrigen Temperaturen zu verlöten“, kündigte Kraft an. Für die Vermessung setzte das Kalibrierlabor des Fraunhofer ISE einen neuen multispektralen Sonnensimulator ein, mit dem sich die Effizienz von Tandem-PV-Modulen bestimmen lässt.
 
Beide Zellschichten müssen dabei von unterschiedlichen LED-Lichtquellen unter möglichst genau den Bedingungen bestrahlt werden, unter denen sie auch bei natürlichem Sonnenlicht Strom produzieren würden, um so präzise und reproduzierbar die Leistung des Solarmoduls ermitteln zu können. Da die aktuell standardisierten Messmethoden nicht vollständig auf diese neuartige Technologie übertragbar sind, wurde das angewendete Verfahren zusätzlich mit Freilandmessungen validiert.

Die Projektteams von Fraunhofer ISE und Oxford PV streben nun die Zertifizierung des PV-Moduls an. Dazu laufen bereits intensive Tests zur Langzeitstabilität in den Klimakammern des PV-Modul-Testlabors im Fraunhofer ISE.