Forschung & Entwicklung

Materialien für nachhaltige Tandemsolarzellen

Tandemsolarzellen aus mehreren lichtabsorbierenden Schichten ermöglichen Wirkungsgrade von über 35 %. Sechs Fraunhofer-Institute entwickeln nun nachhaltige, höchsteffiziente und kostengünstige Tandemsolarzellen auf Basis neuer Absorbermaterialien.

Im Mittelpunkt des auf vier Jahre angelegten Fraunhofer-Leitprojekts ‚MaNiTU – Materialien für nachhaltige Tandemsolarzellen mit höchster Umwandlungseffizienz‘ steht die Perowskitsolarzellentechnologie, die innerhalb der letzten zehn Jahre den Wirkungsgrad von 3,8 % auf 24,2 % steigerte, einfache Herstellung ermöglicht und sehr geringe Produktionskosten verspricht. Perowskitmaterialien können Licht besonders gut absorbieren und ermöglichen eine hohe Elektronenbeweglichkeit – ideal für den Einsatz in der Fotovoltaik. Außerdem ist diese Materialklasse aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften auch für den Einsatz in Tandemstrukturen auf Basis von Siliziumsolarzellen geeignet.

Allerdings ist dieses Material wegen der Verwendung von Blei nicht unproblematisch. Da innerhalb der nächsten 5-10 Jahre weltweit die jährlichen Fotovoltaikinstallationen auf mehr als 1 TWp steigen werden, müssen kritische Materialien bei der Herstellung von Solarmodulen konsequent vermieden werden. Ausgehend von bekannten Perowskitabsorbermaterialien werden deshalb in MaNiTU mit modernen materialwissenschaftlichen Methoden neue bleifreie Absorberschichten sowie darauf abgestimmte Kontakt- und Passivierungsschichten entwickelt, wobei kritische und giftige Stoffe von Anfang an ausgeschlossen werden.

Der innovative Ansatz, Absorber- und Kontaktschichten zusammen zu behandeln, ermöglicht es, Grenzflächeneffekte gezielt für die gewünschten Funktionalitäten einzusetzen. Die Perowskittechnologie wird dann mit der etablierten Siliziumtechnologie kombiniert. Dazu werden die Perowskitsolarzellen direkt auf Siliziumsolarzellen abgeschieden. Weil die einzelnen Solarzellen jeweils unterschiedliche Teile des Sonnenspektrums besonders effizient nutzen, steigt so insgesamt der Wirkungsgrad, und mit der gleichen Solarzellenfläche kann mehr Strom produziert werden. Zum Ende des Projekts werden Stabilität und hohe Wirkungsgrade auf Modulebene demonstriert.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE koordiniert das Projekt. Unterstützt wird es dabei vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC, Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS, Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS.

von mn

www.ise.fraunhofer.de

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