Tandem-Solarmodule schonen die Umwelt

Eine Studie hat erstmals die Umwelt­auswirkungen von industriell herge­stellten Perowskit-auf-Silizium-Tandem-Solarmodulen über den gesamten Lebenszyklus bewertet. Dabei stellte das Unternehmen Oxford PV die Tandem-Solarmodule sowie Prozess­daten aus seiner Serienfertigung in Deutschland zur Verfügung. Das Ergebnis: Die Solarmodule sind über ihre Lebensdauer sogar noch umwelt­freundlicher als herkömmliche Silizium-Hetero­junktion-Module.

Um die Klimazeile zu erreichen, soll Photovoltaik auch in den kommenden Jahrzehnten weiter ausgebaut werden. Tandem-Solarzellen, die Perowskit-Schichten mit Silizium kombinieren, erzeugen auf gleicher Fläche deutlich mehr Strom als die herkömm­liche Silizium­technologie. Dabei wird eine Perowskit-Zelle auf eine Siliziumzelle aufgebracht. Diese Tandem­technologie hat bei der solaren Umwandlungs­effizienz Weltrekord­werte erreicht, der jetzt bei mehr als 31 Prozent liegt.

Doch auch bei PV-Solarmodulen ist es nötig, die Umweltauswirkungen über ihren gesamten Lebenszyklus zu betrachten, um sie weiter zu minimieren. Die Lebenszyklus­bewertung von Perowskit-auf-Silizium-PV-Modulen stützte sich jedoch bisher stark auf Daten von Labor- und Test­einrichtungen und nicht von Herstellern. Nun haben Forschungs­teams erstmals die Umweltleistung von industriell hergestellten Perowskit-Silizium-PV-Modulen bewertet. „Wir haben festgestellt, dass Perowskit-auf-Silizium-PV-Module über eine Lebensdauer von 25 Jahren umweltfreundlicher sind als herkömm­liche Silizium-Hetero­junction-Module“, sagt Bernd Stannowski vom Helmholtz-Zentrum Berlin.

Dabei bewerteten sie eine Reihe von Kategorien, darunter Wasserverbrauch, Toxizität für Mensch und Gewässer, Metall­verbrauch und Material- und Energieaufwand für den gesamten Lebenszyklus eines Moduls von Anfang bis Ende: also den gesamten Material- und Energieaufwand für die Wafer­produktion, die Herstellung der Perowskit-Zelle und die Modul­produktion. Im Anschluss wurden die Umwelt­auswirkungen des Tandem­moduls gegen die während seiner Lebensdauer erzeugte Elektrizität abgewogen.

„Wir fanden heraus, dass das Perowskit-auf-Silizium-Modul die Umwelt um sechs bis 18 Prozent weniger belastet als ein Silizium-Modul, wenn man die zusätzliche Energie berück­sichtigt, die während der 25-jährigen Lebensdauer des Tandem-Moduls erzeugt wird“, sagt Martin Roffeis von der Technischen Universität Berlin. Das in der Studie verwendete Tandemmodul würde in 22 Jahren die gleiche Menge an Strom erzeugen wie das referenzierte Silizium-Hetero­übergangsmodul in 25 Jahren. „Der höhere Wirkungsgrad des Perowskit-Silizium-Tandem­moduls kompensiert die Umweltbelastung, die durch das zusätzliche Perowskit-Material und die Prozesse entsteht“, erklärt Jan-Christoph Goldschmidt, der an der Studie während seiner Zeit am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme beteiligt war. Die Studie zeigt auch, dass die Umwelt­verträglichkeit eines Perowskit-Silizium-Moduls in hohem Maße vom Energieverbrauch bei der Herstellung der Silizium­wafer beeinflusst wird. 

„Die Nachhaltigkeit von Solar­materialien und Liefer­ketten gewinnt zunehmend an Bedeutung, da die Welt Solaranlagen im Multi-Terawatt-Bereich einsetzt“, sagt Laura Miranda Pérez, Leiterin der Material­forschung bei Oxford PV. „Wir hoffen, dass unser Beitrag der Industrie und der wissen­schaftlichen Gemeinschaft helfen wird, das Design, die Produktion und das End-of-Life-Management von Tandem-Techno­logien zu verbessern und so ihre Einführung zu unterstützen.“

HZB / Oxford PV / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  M. Roffeis et al.: New insights into the environmental performance of perovskite-on-silicon tandem solar cells – a life cycle assessment of industrially manufactured modules, Sust. Energy Fuels, 6, 2924 (2022); DOI: 10.1039/D2SE00096B
• Kompetenz-Zentrum Photovoltaik Berlin, Helmholtz Zentrum Berlin
• Oxford PV, Oxford, Großbritannien