Kooperation von Fraunhofer und Oxford PV
Vollformat-Tandem-PV-Modul schafft Rekordwirkungsgrad
Ein Team des Fraunhofer-Instituts ISE hat aus Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen von Oxford PV ein PV-Modul mit einem Wirkungsgrad von 25 Prozent und einer Leistung von 421 W auf einer Fläche von 1,68 qm gefertigt. Es soll das effizienteste Tandem-Solarmodul der Welt im industriellen Format sein.
Die Perowskit-Silizium-Solarzellen im M6-Format mit einem Wirkungsgrad von 26,8 Prozent fertigt Oxford PV, ein Spin-Off der Universität Oxford, in Kleinserie in seiner Fabrik in Brandenburg. Dieses Jahr beginnt die kommerzielle Produktion der Tandemsolarzellen. Perowskit-Silizium-Tandemzellen haben einen theoretisches Wirkungsgradpotenzial von über 43 Prozent gegenüber weniger als 30 Prozent bei Silizium-Solarzellen.
Ein Forschungsteam am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) fertigte nun ein Glas-Glas-PV-Modul mit einem Wirkungsgrad von 25 Prozent (bezogen auf die »designated illuminated area«, designierte Fläche) aus den Oxford-PV-Solarzellen. »Damit ist es effizienter als jedes Silizium-PV-Modul im industriellen Format, das je gebaut wurde«, sagt Prof. Dr. Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik am Fraunhofer ISE. »Dass für seine Herstellung massenfertigungskompatible Technologien eingesetzt wurden, belegt das enorme Potenzial der Tandem-Technologie für die PV-Industrie.«
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«, 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 Dr. Kraft.
Für die Vermessung setzte das CalLab 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 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.
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 TestLab PV Modules im Fraunhofer ISE.
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