Technologie

Mehr Strom aus dem Doppelpack

12.09.2019 - Im Projekt „Capitano“ entwickeln Forscher höchsteffiziente Tandemsolarzellen.

Tandemsolarmodule bestehen aus zwei unter­schied­lichen, über­ein­ander geschichteten Solar­modul­typen, die das Sonnenlicht­spektrum besser ausnutzen als das jeweilige Einfach­solar­zelle. Dadurch weisen die Mehr­fach­solar­module einen höheren Wirkungs­grad auf. Im Projekt „Capitano“ kombinieren Forscher Dünn­schicht­solar­module auf Basis von Perowskit-Halbleitern mit Halbleitern aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen, kurz CGIS. Die Kombination ermöglicht höchst­effiziente Tandem­solar­zellen mit einem Wirkungs­grad­potenzial von über dreißig Prozent bei allen Vorteilen der Dünnschicht-Technologie. Bei einfachen Silizium­solar­zellen ist bereits bei 29 Prozent Schluss.

Mittlerweile stehen mehrere Varianten von Tandem­modulen zur Verfügung. Bei der CIGS-Perowskit-Entwicklung wandelt eine Perowskit-Solarzelle das Licht im sichtbaren Teil des Sonnen­spektrums in Strom um. Die darunter liegende CIGS-Solarzelle absorbiert das Licht im infra­rot­nahen Spektrum, das die Perowskit-Solarzelle durch­dringt. Beide Solar­zellen nutzen Dünn­schicht­techno­logien, die sich auf Quadrat­meter großen Substraten herstellen lassen. Damit ließen sich die Kosten – bei gleich­zeitig hohem Wirkungsgrad – deutlich reduzieren.

Das Projekt „Capitano“ ist im Juli 2019 gestartet und läuft drei Jahre. Das Bundes­ministerium für Wirtschaft und Energie fördert es mit insgesamt rund 5,2 Millionen Euro. Ziel des Projekts ist es, Zellen mit stabilen höheren Wirkungs­graden zu entwickeln, die zu effizienten Tandem-Solarmodulen zusammen­geschaltet werden können. Das Zentrum für Sonnen­energie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg entwickelt im Projekt CIGS-Module mit angepasstem Absorptions­spektrum und optimierter Ober­fläche und erforscht semi­trans­parente Perowskit-Solarzellen und -module mit hoher Effizienz und Transparenz. Die Perowskit-Beschichtung soll mit industrie­relevanten Prozessen wie Schlitz­gießen erprobt werden. Wichtige Teil­aspekte sind hierbei optimierte Zwischen­schichten und angepasste trans­parente Kontakt­schichten. Die Ergebnisse sollen in die Reali­sierung von in Serie verschalteten Tandem­solar­zellen und -modulen einfließen. Auch die Umwelt­ver­träg­lich­keit des Herstel­lungs­prozesses wird evaluiert.

Das Karlsruher Institut für Technologie wird in diesem Projekt neue Materialien und Prozesse sowie Proto­typen zur Herstellung semi­trans­parenter Perowskit-Solarzellen und -solarmodule mit angepasstem Absorptions­spektrum, hohem Wirkungs­grad und hoher Trans­parenz entwickeln. Insbesondere stehen skalier­bare Herstel­lungs­verfahren wie das Schlitz­guß­verfahren oder die Abscheidung aus der Gasphase im Vakuum im Vorder­grund. Im Hinblick auf die komplexe Architektur der Tandem­solar­zellen entwickeln die Wissen­schaftler ein Licht­management­konzept zur verbesserten Licht­ausbeute. Auch Ertrags­berech­nungen sind Teil des Aufgaben­pakets.

Das Unternehmen NICE Solar Energy GmbH stellt den anderen Partnern für die Herstellung der Tandem-Solarmodule CIGS-Kleinsolar­module aus seiner CIGS-Innovations­linie zur Verfügung. Die gefertigten Tandem­solar­module bewertet es dann bezüglich ihrer industri­ellen Skalier­barkeit. Auch ein Kosten­vergleich mit Single-junction-CIGS-Solarmodulen ist Teil der Agenda. Angenommen wird eine jährliche Produktions­kapazität von 300 Megawatt – das ist eine Produktions­größe im industriellen Maßstab.

KIT / RK

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