Belgische und deutsche Wissenschaftler haben zusammen einen neuen Rekord mit Perowskiten ind CIGS als Halbleitermaterial für ein Solarmodul hergestellt. Mit dem Tandemmodul erreichen sie eine Effizienz von 17,8 Prozent.
Wissenschaftler des belgischen Forschungsinstituts Imec zusammen mit ihren Kollegen vom Zentrum für Solarenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW) und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) den Wirkungsgrad für Perowskitmodule auf 17,8 Prozent verbessert. Dazu haben sie einen Prototypen eines Tendemmoduls aus Perowskit und CIGS-Dünnschichttechnologie hergestellt. Die Verbindung des neuen Halbleitermaterials mit bewährten Technologien ist eine der künftigen Anwendungen für die Perowskite.
Effizienter als die Einzeltechnologien
Mit dem jetzt erreichten Wirkungsgrad schaffen die Forscher es erstmals mit einem Perowskit-Tendemmodul, die bisher erreichte Effizienz von Einzelsolarmodulen dieser Materialien zu übertreffen. „Mit dem neuen Modulstack wurde eine elegante Methode gefunden, durch die Kombination zweier hoch innovativer Dünnschichttechnologien das Sonnenspektrum optimal auszunutzen“, betont Michael Powalla, Leiter des Geschäftsbereichs Photovoltaik am ZSW. Zum Vergleich: Die Forscher geben den Weltrekord für Perowski-Module mit derzeit 15,3 Prozent und der CIGS-Module mit 15,7 Prozent an.
Industrietauglicher Aufbau des Moduls
Um die höhere gemeinsame Effizienz zu erreichen, haben die Wissenschaftler vor allem den Lichteinfang optimiert. Das Prinzip ist, dass beide Halbleitermaterialien unterschiedliche Lichtspektren absorbieren. So kann die semitransparente obere Perwoskitschicht vor allem den hochenergetischen Anteil des Sonnenspektrums nutzen, während die darunter liegende CIGS-Schicht vor allem die infraroten Anteile in Strom umwandelt. Die Forscher haben den Wirkungsgradrekord zwar nur auf einer Größe von 3,76 Quadratzentimeter – das entspricht einer Kantenlänge von jeweils 1,94 Zentimetern – erreicht, doch gehen sie davon aus, dass die Effizeinz auch schnell aufskaliert werden kann, zumal sie für den Prototypen eine industrietaugliche Bauelementarchitektur verwendet haben. Das bedeutet, dass sowohl das Perowskit- als auch das CIGS-Solarmodul in skalierbare Zellstreifen unterteilt und monolithisch verschaltet wurden. Das heiß, der gesamte Zellstapel wird als eine Einheit verschaltet, so dass die Lösung auch auf großen Produktionsanlagen leicht realisierbar ist.
Während die belgischen Forscher vor allem ihre Erfahrungen bei der Entwicklung von Perowskithalbleitern zum neuen Rekordmodul beigesteuert haben, kommt das geballte Wissen über die Entwicklung der CIGS-Technologie vom ZSW aus Stuttgart. Eine Wissenschaftlergruppe des KIT hat hingegen die Optik in dem Bauelement entwickelt und arbeitet zudem an nanophotonischen Materialien zur Verbesserung der Lichtaubeute. (su)