Forschende erzielen neuen Rekordwirkungsgrad

Um das Tandem-PV-Modul zu vermessen, wurden beide Zellschichten in einem eigens dafür entwickelten Sonnensimulator bestrahlt.

Foto: Fraunhofer ISE / Bernd Schumacher

Die meisten am Markt verfügbaren Photovoltaik-Module nutzen Silicium-Solarzellen zur Gewinnung von Strom und Wärme aus Sonnenenergie. Allerdings wird seit Jahren auch zu Alternativen geforscht. Eine vielversprechende Variante sind sogenannte Tandemsolarzellen, die verschiedene Solarzellen vereinen, um ein breiteres Spektrum der Sonneneinstrahlung nutzbar zu machen. Dazu zählen unter anderem Perowskit-Silicium-Kombinationen. Sie haben das Potenzial deutlich höhere Wirkungsgrade zu erzielen als heutige Silizium-PV-Module. Ein Forschungsteam des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE fertigte nun aus Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen von Oxford PV ein Glas-Glas-PV-Modul mit einem neuen Rekordwirkungsgrad von 25 Prozent und einer Leistung von 421 Watt auf einer Fläche von 1,68 Quadratmetern. „Damit ist es effizienter als jedes Silizium-PV-Modul im industriellen Format, das je gebaut wurde“, berichtet Professor Dr. Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik am Fraunhofer ISE. Das für seine Herstellung massenfertigungskompatible Technologien eingesetzt wurden, belege das enorme Potenzial der Tandem-Technologie für die PV-Industrie, so der Forscher.

Niedertemperatur-Prozesse für industrielle Fertigung entwickelt

Da die Perowskit-Schicht der Tandemzellen temperatursensibel ist, entwickelte das Forschungsteam für die Verschaltung und Einkapselung der Solarzellen Niedertemperatur-Prozesse, die mechanisch 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“, erläutert Dr. Achim Kraft, Gruppenleiter für Verbindungstechnik am Fraunhofer ISE. Verschaltet wurden die Solarzellen mittels leitfähigem Kleben. „Diese Art der Verschaltung ist 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“, sagt Kraft.

Sonnensimulator im Einsatz

Für die Vermessung der Tandem-PV-Module kam ein multispektraler Sonnensimulator zum Einsatz. Um die Leistung des Solarmoduls so präzise und reproduzierbar wie möglich bestimmen zu können, müssen beide Zellschichten von unterschiedlichen LED-Lichtquellen unter möglichst genau den Bedingungen bestrahlt werden, unter denen sie auch bei natürlichem Sonnenlicht Strom produzieren würden. Der Wirkungsgrad wurde über die designierte Fläche (da) von 1,68 Quadratmetern berechnet. Da die aktuell standardisierten Messmethoden nicht vollständig auf diese neuartige Technologie übertragbar sind, wurde das angewendete Verfahren zusätzlich mit Freilandmessungen validiert.

Weiterer Meilenstein für die Marktdurchdringung von Tandemsolarmodulen

Perowskit-Silizium-Solarzellen für das Modul wurden im M6-Format in Kleinserie in einer Fabrik in Brandenburg hergestellt. 2024 möchte Oxford PV, ein Spin-Off der Universität Oxford, mit der kommerziellen Produktion der Tandemsolarzellen beginnen. Chief Executive Officer David Ward: „Dieser neue Weltrekord ist ein entscheidender Meilenstein für Oxford PV und beweist, dass unsere Tandem-Solarzellen eine rekordverdächtige Leistung erbringen können, wenn sie zu Solarmodulen montiert werden.“ Perowskit-Silizium-Tandemzellen haben ein theoretisches Wirkungsgradpotenzial von über 43 Prozent. Das Produkt von Oxford PV erzielt derzeit 26,8 Prozent. Die Projektteams des Fraunhofer ISE und von Oxford PV streben nun die Zertifizierung des PV-Moduls an. Dazu laufen bereits Tests zur Langzeitstabilität.

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