ZSW erreicht mit Tandemmodul aus Perowskit und CIGS 21,1 Prozent Wirkungsgrad

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 skalierbare Bauelementarchitektur aus. Die aktuellen Bestwerte für Tandemsolarmodule aus Perowskit und CIGS würden mit 22 Prozent nur wenig darüber liegen. Bei kleineren Laborzellen habe das ZSW für diese Materialkombination bereits eine Effizienz von 26,6 Prozent erzielt.

Dem ZSW zufolge sind metallorganischen 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 starres oder flexibles Trägermaterial aufgedampft wird, besonders interessant. Denn die spektrale Absorption, also die Lichtaufnahme, könne ideal auf den Tandemverbund angepasst werden.

Für den neuen Prototypen waren dem ZSW zufolge mehrere technische Entwicklungsschritte nötig. Zunächst habe das Team die jeweiligen Submodule optimiert, insbesondere das obere Perowskit-Halbmodul. Denn dieses müsse nicht nur sehr effizient sein, sondern auch teiltransparent, um genügend Licht für das untere Modul durchzulassen. Hierfür 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 will die Tandem-Dünnschichttechnologie nun zusammen mit interessierten Industriekunden weiter hochskalieren und weiterentwickeln. Denn sie biete 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 Gesamt-Umweltbilanz ist aufgrund des geringen Material- und Energieeinsatz während der Herstellung sehr gut.