Forschung & Entwicklung

Fortschritte in der Tandem-Photovoltaik

Die Kombination von Siliciumsolarzellen mit Solarzellen aus anderen Halbleitermaterialien in Sandwichbauweise wird den Wirkungsgrad weiter steigern. Das Fraunhofer ISE präsentiert aktuelle Forschungsergebnisse.

Die Kosten für Solarstrom zu reduzieren und die Wirkungsgrade zu steigern war schon immer eine Hauptmotivation in der Solarzellenforschung. Die marktdominierende Siliciumtechnologie führte durch stetige Weiterentwicklung zu Solarstrompreisen von heute unter 5 Eurocent pro Kilowattstunde selbst in Deutschland. Da der Wirkungsgrad jedoch physikalisch an seine theoretische Grenze kommt, wird von zahlreichen Forschungseinrichtungen der Tandemansatz verfolgt. Dabei werden unterschiedliche Halbleitermaterialien zu einem Tandem aus zwei oder mehr Solarzellen zusammengefügt, um auf diesem Weg das Sonnenspektrum besser ausnutzen zu können. Denn jedes der verwendeten Materialien wandelt einen jeweils anderen Bereich des Sonnenspektrums in elektrische Energie um. Bei Silicium allein liegt die physikalisch-theoretische Grenze bei gut 29 %, und Forschung und Industrie sind hier mit industrietauglichen Solarzellenwirkungsgraden von 26 % am wirtschaftlich darstellbaren Limit angelangt.

Tandem-Photovoltaik

„In der Tandem-Photovoltaik am Fraunhofer ISE verfolgen wir den Ansatz, eine Silicium-Basiszelle mit III-V-Halbleitern oder mit Perowskiten zu einer monolithischen Tandemsolarzelle zu verbinden, die nachher nicht anders aussieht als eine allein aus Silicium bestehende Zelle“, sagt Professor Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik-Forschung am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Mit der Kombination aus Silicium und III-V Halbleitern hat das Fraunhofer ISE bereits einen Wirkungsgrad von 34,5 % erreicht. Ein Wert, der weit über der Wirkungsgradgrenze von einfachen Solarzellen liegt. Auch bei direktem Wachstum von III-V-Halbleitern wurden sehr große Fortschritte erzielt. Ebenso bei einem weiteren Ansatz, der am Fraunhofer ISE verfolgt wird: der Kombination von Perowskiten mit Silicium.

Die Freiburger Forscher entwickeln nicht nur Solarzellen im Tandemverfahren, sie arbeiten entlang der gesamten Wertschöpfungskette, von den Zellen und Modulen inklusive der jeweiligen Produktionstechnologie bis hin zu den Anwendungen, zum Beispiel in der Integrierten Photovoltaik. Alle Prozessschritte sind begleitet von Charakterisierung, Kalibrierung und Lebensdauertests. Mit dem CalLab PV Cells, dem CalLab PV Modules sowie dem TestLab PV Modules verfügt das Institut über weltweit führende akkreditierte Kalibrier- und Testlabors.

„Die höhere Solarstromausbeute von Tandemsolarzellen und -modulen ermöglicht PV-Installationen mit höherer Leistung auf kleineren Flächen. Damit kann die Tandem-Photovoltaik künftig einen wichtigen Beitrag zu dem für das Erreichen der Klimaziele und dem damit verbundenen notwendigen starken Photovoltaikausbau leisten und trägt gleichzeitig zu noch mehr Nachhaltigkeit der für die Energiewende zentralen Technologie bei“, so Institutsleiter Professor Andreas Bett.

Vorträge auf der EUPVSEC

Mit mehr als 70 Vorträgen und Poster-Präsentationen – nicht nur zur Tandem-Photovoltaik, sondern auch zu anderen F&E-Schwerpunkten – treten Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer ISE auf der vom 7. Bis 11. September 2020 stattfindenden European Photovoltaic Solar Energy Conference EUPVSEC auf. Sowohl die Konferenz als auch die Begleitausstellung finden in diesem Jahr Corona-bedingt online statt (Link zu den Fraunhofer ISE-Vorträgen).

von mg

www.ise.fraunhofer.de

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