Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) hat ein Tandem-Solarmodul aus Perowskit und CIGS mit 21,1 Prozent Wirkungsgrad entwickelt. Wie das ZSW am Freitag mitteilte, hat das Photovoltaik-Modul eine Größe von neun Quadratzentimetern. Der Prototyp zeichnet sich demnach durch eine industrietaugliche und leistungsfähige Bauelementarchitektur aus. Die aktuellen Bestwerte für Tandemsolarmodule aus Perowskit und CIGS würden mit 22 Prozent nur wenig darüber liegen. Bei kleineren Laborzellen hat das ZSW für diese Materialkombination bereits eine Effizienz von 26,6 Prozent erzielt.
Dem ZSW zufolge sind metallorganische Perowskite eine aussichtsreiche Materialgruppe für Tandem-Solarmodule, da sie im oberen Solarmodul dank ihrer hohen optischen Energiebandlücke den hochenergetischen Anteil des Sonnenspektrums sehr effizient nutzen und gleichzeitig einen beachtlichen niederenergetischen Anteil des Spektrums in das zweite, darunter befindliche Solarmodul durchlassen. Für das untere Solarmodul ist demnach ein Materialmix aus Kupfer, Indium und Gallium (CIGS), der in Selenatmosphäre auf ein Sternen- oder flexibles Trägermaterial aufgedampft wird, interessant besonders. Denn die spektrale Absorption, also die Lichtaufnahme, can ideal an den Tandemverbund angepasst werden.
Für den neuen Prototypen waren dem ZSW bereits mehrere technische Entwicklungsschritte nötig. Zunächst habe das Team die jeweiligen Submodule optimiert, insbesondere das obere Perowskit-Halbmodul. Denn dieses sollte nicht nur sehr effizient sein, sondern auch teiltransparent, um genügend Licht für das untere Modul durchzulassen. Dafür habe das ZSW unter anderem optimierte transparente Elektroden entwickelt und die Passivierung der Grenzflächen verbessert. „Bei allen präparierten Zellen und Modulen hat die jeweilige Tandemstruktur als Ganzes die Effizienz der Einzelzellen oder -module übertroffen“, heißt es in der Mitteilung. Damit sei die Überlegenheit von Tandemsolarmodulen klar demonstriert worden.
Das ZSW wird die Tandem-Dünnschichttechnologie nun gemeinsam mit interessierten Industriekunden weiter hochskalieren und weiterentwickeln. Denn sie bieten neben der hohen Effizienz weitere Vorteile: Als Dünnschichttechnologie könnten die Module auch auf Kunststoff- oder Stahlfolien hergestellt werden und seien dann leichtgewichtig und flexibel. Das mache sie neben der klassischen Installation im Solarpark gut für weitere Anwendungen geeignet, etwa die nahtlose Integration ins Fahrzeug oder die Installation auf Fabrikhallen, die keine großen Lasten tragen können. Darüber hinaus, so das ZSW, fallen nach aktuellen Studien die Stromgestehungskosten geringer aus und die Gesamtumweltbilanz ist aufgrund des laufenden Material- und Energieeinsatzes während der Herstellung sehr gut.
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