Oxford PV und Fraunhofer ISE entwickeln Vollformat-Tandem-PV-Modul mit neuem Rekordwirkungsgrad

© Fraunhofer IFreiburg - Die Vorbereitungen zur industriellen Herstellung von Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen und -modulen werden auf nationaler und internationaler Ebene mit Hochdruck verfolgt. Einem Forschungsteam am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) ist es nun gelungen, ein Vollformat-Tandem PV-Modul mit einem neuen Rekordwirkungsgrad zu entwickeln.

Photovoltaik-Module auf Basis von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen haben das Potenzial, deutlich höhere Wirkungsgrade zu erzielen als heutige Silizium-PV-Module. Forschende am Fraunhofer ISE haben nun aus Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen von Oxford PV ein PV-Modul mit einem Wirkungsgrad von 25 Prozent und einer Leistung von 421 Watt auf einer Fläche von 1,68 Quadratmetern gefertigt.

Massenfertigungskompatible Technologien belegen Potenzial der Tandem-Technologie für PV-Industrie
Forschende am Fraunhofer ISE haben auf dem Weg zur Massenproduktion das bislang effizienteste Silizium-Perowskit-Tandem Solarmodul der Welt im industriellen Format gebaut. Für die Herstellung des Glas-Glas-PV-Rekordmoduls mit einem Wirkungsgrad von 25 Prozent (bezogen auf die „designated illuminated area“, designierte Fläche) nutzten die Wissenschaftler Anlagen im Module-TEC des Fraunhofer ISE, die bereits in der Massenproduktion Anwendung finden und optimierten die Prozesse für die Tandemtechnologie.

„Damit ist es effizienter als jedes Silizium-PV-Modul im industriellen Format, das je gebaut wurde. Das für seine Herstellung massenfertigungskompatible Technologien eingesetzt wurden, belegt das enorme Potenzial der Tandem-Technologie für die PV-Industrie“, so Prof. Dr. Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik am Fraunhofer ISE.

Oxford PV, ein Spin-Off der Universität Oxford, fertigt die für das Modul verwendeten Perowskit-Silizium-Solarzellen im M6-Format mit einem Wirkungsgrad von 26,8 Prozent in Kleinserie in seiner Fabrik in Brandenburg. Im Jahr 2024 soll die kommerzielle Produktion der Tandemsolarzellen beginnen. Perowskit-Silizium-Tandemzellen haben einen theoretisches Wirkungsgradpotenzial von über 43 Prozent gegenüber weniger als 30 Prozent bei Silizium-Solarzellen.

„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“, so David Ward, Chief Executive Officer, Oxford PV.

Neues Vermessungsverfahren durch Freilandmessungen validiert
Für die Vermessung des Rekordmoduls setzte das Cal Lab PV Modules 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 bestimmen zu können. 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.

Neue zellschonende Niedertemperatur Fertigungsprozesse entwickelt
Weil 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,“ erklärt 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“, so Kraft weiter.