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Weltweit einmaliger Sonnensimulator: Effizienz von Perowskit-Silicium-Tandemmodulen bestimmbar

© Wavelabs© WavelabsFreiburg - Die industrielle Herstellung von Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen und -modulen wird weltweit intensiv vorbereitet. Um objektive Vergleiche zwischen verschiedenen Zellen und Modulen vornehmen zu können, ist allerdings eine exakte Vermessung erforderlich. Eingesetzt wird ein neuer Sonnensimulator, dadurch können aufwendige und wetterabhängige Außentests in Zukunft entfallen.

Ein Projektkonsortium unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE entwickelt derzeit in dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klima BMWK geförderten Projekt „Katana neue Verfahren zur Charakterisierung von Perowskit-basierten Tandemmodulen. Ein standardisiertes Kalibrierungsverfahren ist schon bald möglich.

Ziel: Realitätsnahe Wirkungsgrad-Bestimmung von Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen und –modulen
Mit dem industriellen Hochlauf von Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen und –modulen stellt sich die grundsätzliche Frage nach der Verlässlichkeit und Vergleichbarkeit von Angaben zu den Wirkungsgraden. „Es ist wichtig, für die aufstrebende Technologie möglichst bald hoch präzise und reproduzierbare Messungen zur Verfügung zu stellen, damit es einen objektiven Wettbewerb geben kann“, sagt Prof. Dr. Stefan Glunz, Bereichsleiter für Photovoltaik Technologien am Fraunhofer ISE.
Die klassischen Blitzlicht-Simulatoren (Flasher) zur Effizienzbestimmung aus der Silicium-Photovoltaik können nicht ohne weiteres zum Einsatz kommen, da diese das Lichtspektrum, das die Tandemzellen in Strom umwandeln, nicht variabel auf die Technologie einstellen können. Außerdem reicht die „blitzartige“ Beleuchtung durch einen Flasher zeitlich nicht aus, um die Effekte zwischen den Teilzellen zu berücksichtigen.

Um also Perowskit-Tandemmodule vermessen zu können, wird ein umfassendes Verständnis der darin verbauten Solarzellen benötigt. Wichtig ist, dass die Zellschichten möglichst realitätsnah unter solchen Bedingungen angestrahlt werden, unter denen sie auch bei Sonnenlicht Strom produzieren würden.

Meilenstein und weltweit einmalig: Neuer Sonnensimulator der Firma Wavelabs Solar Metrology Systems
Herzstück der Kalibrierung von Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen und –modulen CalLab PV Modules des Fraunhofer ISE ist der neue Sonnensimulator der Firma Wavelabs Solar Metrology Systems. Er vermisst Perowskit-Silicium-PV-Zellen im Labormaßstab ab 5 mal 5 Millimetern bis hin zum PV-Modul von 2,40 mal 1,30 Metern. 28 unterschiedliche spektral einstellbare Lichtkanäle, verteilt auf 40 Lichtquellen mit insgesamt 18400 LEDs sind durch den sehr großen Wellenlängenbereich von 320 bis 1650 Nanometern weltweit einmalig und die Basis für die von den Forschenden entwickelten Testverfahren für die Perowskit-Silicium-Tandemtechnologie. Der Sonnensimulator ermöglicht auch die Charakterisierung von Mehrfachsolarzellen und -modulen aus weiteren Materialien.

„Der neue Sonnensimulator ist ein Meilenstein hin zu einem standardisierten Kalibrierverfahren für Perowskit-Silicium-Tandemmodule“, sagt Falko Griehl, Projektleiter für den Sonnensimulator SINUS-3000 Advanced bei Wavelabs. Die gesamte Fläche kann bestrahlt und zusätzlich können auch die Lichtspektren so eingestellt werden, dass alle Zellschichten realitätsnah aktiviert werden. Griehl: „Mit dieser Technologie können wir jenseits der Standardspektren auch das Licht zu beliebigen Tageszeiten und Regionen simulieren, so dass man deren Einfluss auf Tandemmodule untersuchen kann.“
Hersteller von Perowskit-Solarzellen, Oxford PV, ist assoziierter Partner im Projekt Katana und Pionier im Bereich der Tandem-Technologie.


© IWR, 2023


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