In der Photovoltaik gelten Perowskit-Halbleiter dank ihrer günstigen Verfügbarkeit, ihrer einfachen Herstellbarkeit sowie ihres enormen Wirkungsgradpotenzials als besonders zukunftsträchtige Materialien. Perowskit-Solarzellen haben im vergangenen Jahrzehnt eine einzigartige Entwicklung durchlaufen: Im Labor hergestellt erzielen sie inzwischen Wirkungsgrade von über 25 Prozent. Nun gilt es, die Perowskit-Photovoltaik vom Labor in die Industrie zu bringen.
Dünnschichtmodule mit monolithische Serienverschaltung
„Eine zentrale Herausforderung besteht darin, die auf Flächen von wenigen Quadratmillimetern erzielten Wirkungsgrade auf typische Solarmodulflächen von einigen Hundert Quadratzentimetern zu übertragen“, sagt Tobias Abzieher, Leiter am Lichttechnischen Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Bei Perowskit-Solarzellen handelt es sich um Dünnschichtsolarzellen. Diese werden über die sogenannte monolithische Serienverschaltung zu großflächigen Solarmodulen zusammengefügt. Dazu werden während der Abscheidung der einzelnen Schichten der Solarzelle Strukturierungslinien eingebracht, die eine Serienverschaltung der so entstehenden Solarzellenstreifen bewirken.
Dem Karlsruher Team ist es nun gelungen, durch das Aufdampfen aller Schichten der Solarmodule im Vakuum den Einfluss beider Verlustmechanismen zu minimieren. „Große Vorteile der Abscheidung aus dem Vakuum im Hinblick auf die Herstellung effizienter Solarmodule sind die einfache Beherrschbarkeit der Prozesse, die geringe Anzahl an Prozessparametern sowie insbesondere die Unabhängigkeit des Abscheidungsmechanismus von der Beschichtungsfläche“, erklärt Abzieher.
Perowskit: 18 Prozent Wirkungsgrad auf kleiner Fläche
Dieses innovative Verfahren haben die Wissenschaftler mit der präzisen Strukturierung und Serienverschaltung über das Eingravieren von Linien mittels eines Lasers kombiniert. Damit haben sie erstmals ein großflächiges Perowskit-Solarmodul fast ohne Skalierungsverluste hergestellt – ein wichtiger Schritt vom Labor in die Industrie. Mit der Kombination von Vakuumprozessierung und Laserablation erzielten die KIT-Forscher am LTI Wirkungsgrade von bis zu 16,6 Prozent auf einer Bauteilfläche von über 50 Quadratzentimetern und von sogar 18 Prozent auf einer Fläche von vier Quadratzentimetern. Das ist derzeit der Weltrekord für vakuumprozessierte Perowskit-Solarmodule. (Niels H. Petersen)
Weitere aktuelle News:
Beidseitig kontaktierte Siliciumzelle erreicht 26 Prozent Effizienz
Oxford PV: Perowskit-Zelle erreicht knapp 30 Prozent Effizienz
