Perowskit-CIGS-Solarmodul Das ganze Sonnenspektrum nutzen

Prototypen der Tandem-Solarmodule, bestehend aus einem semitransparenten
Perowskit-Solarmodul (rechts/vorne) und einem CIGS-Solarmodul (links/hinten).
Prototypen der Tandem-Solarmodule, bestehend aus einem semitransparenten Perowskit-Solarmodul (rechts/vorne) und einem CIGS-Solarmodul (links/hinten).

Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie ist es gelungen, ein Tandem-Solarmodul herzustellen, dessen Effizienz erstmals die der Einzel-Solarmodule übertrifft.

Dünnschicht-Technologien könnten die Kosten für Solarmodule der nächsten Generation deutlich senken, da ihre Herstellung günstig ist. Ein großer Vorteil liegt aber auch darin, dass die Verbindung komplementärer Absorbermaterialien in einem Tandem-Solarmodul die Wirkungsgrade steigern kann. Wissenschaftler des Karlsruher Institut für Technologie KIT, des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg ZSW und des belgischen Forschungsinstitutes imec haben ein Tandem-Solarmodul aus Perowskit- und CIGS-Dünnschichten vorgestellt, dessen Effizienz die Effizienz von Einzel-Solarmodulen aus diesen Materialien übertrifft.

Die Kombination der beiden Dünnschicht-Technologien hilft dabei, das Sonnenspektrum optimal auszunutzen. Das semitransparente obere Perowskit-Solarmodul absorbiert besonders effizient den hochenergetischen Anteil des Sonnenspektrums, während die untere CIGS-(Kupfer-Indium-Gallium-Selenid)-Schicht eher die infraroten Anteile umwandelt. Insgesamt erzielt der Prototyp eine Energieumwandlungseffizienz von 17,8 %. Zum Vergleich: Der Weltrekord für Perowskit-Module liegt derzeit bei 15,3 % und das Referenz CIGS-Solarmodul bei 15,7 %.

Zusätzlich zeichnet sich der vorgestellte Prototyp durch eine industrietaugliche und skalierbare Bauelementarchitektur aus. Der Prototyp ist ungefähr 3,76 cm² groß und sowohl das semitransparente Perowskit-Solarmodul als auch das CIGS-Solarmodul sind in skalierbare Zellstreifen unterteilt, die monolithisch verschaltet sind. Das heißt, dass die Verschaltung der Einzelzellen zum Modul in den Herstellprozess integriert werden kann. Die Verluste der aktiven Fläche liegen unter 8 %.

Das neue Solarmodul ist das Ergebnis einer engen Zusammenarbeit von ZSW, imec und KIT. Das belgische Forschungsinstitut imec ist führend in der Herstellung semitransparenter Perowskit-Solarmodule. In der Entwicklung und Skalierung CIGS-basierter Solarzellen und -module ist das ZSW Vorreiter und hält den Wirkungsgrad-Weltrekord von 22,6 % für CIGS-Dünnschicht-Solarzellen, die grundlegenden Bauelemente für die verschalteten Solar-Module. Die Helmholtz-Nachwuchsgruppe von Dr. Ulrich W. Paetzold am KIT erforscht die Optik in diesem Bauelement und entwickelt neue nanophotonische Materialien zur verbesserten Lichtausbeute.