Die innovative Forschung und Entwicklung im Bereich der Tandemsolarzellen hat das Potenzial, die Energieeffizienz in der Photovoltaik erheblich zu steigern. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) hat sich intensiv mit der Herstellung von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen beschäftigt, die als vielversprechende Fortschritte in der Branche gelten. Durch die Einführung neuer, skalierbarer Beschichtungstechnologien ist es gelungen, die Perowskit-Topzellen erfolgreich auf Silizium-Bottom-Zellen zu platzieren. Diese Entwicklungen könnten entscheidend dazu beitragen, die Nutzung von Sonnenlicht optimal auszuschöpfen und die Energieumwandlung effizienter zu gestalten.
Technologische Durchbrüche bei der Beschichtung
Skalierbare Herstellungsverfahren
Die Schlüsselinnovation der Fraunhofer-Forschenden betrifft die Verbesserungen in der Beschichtungstechnologie für die Herstellung von Tandemsolarzellen. Ein bedeutender Durchbruch war der Einsatz eines zweistufigen Hybridprozesses, der das Verdampfen von anorganischen und das Blade-Coating von organischen Perowskiten umfasst. Dieser Prozess erwies sich als robust und industriell anwendbar, wodurch die Produktion von Tandemsolarzellen erheblich erleichtert wurde. Die erzielte Leerlaufspannung von über 1900 Millivolt und ein Wirkungsgrad von beeindruckenden 27,8 Prozent unterstreichen das enorme Potenzial dieser Technologie. Zudem wurde festgestellt, dass die Beschichtungsgeschwindigkeit im hybriden Prozess nicht die Perowskitdicke beeinflusst, sondern mit der Umwandlungsrate korreliert. Diese Erkenntnis ist ein wesentlicher Faktor für die Optimierung des Absorbers und trägt dazu bei, die Effizienz der Solarzellen weiter zu verbessern.
Optimierung für die Massenproduktion
Neben der erfolgreichen Implementierung des Hybridprozesses in der Herstellung spielt auch die Übertragung der Blade-Coating-Dynamik auf das Slot-Die-Coating eine zentrale Rolle. Dieses Verfahren ist besonders für die Massenproduktion geeignet und ermöglicht eine weitreichende Skalierung. Die Forschenden konnten zeigen, dass die Dynamik des Blade-Coating, bei dem eine gleichmäßige Verteilung des Perowskitmaterials erfolgt, auch auf das Slot-Die-Coating übertragen werden kann. Diese Technik resultiert in einer gleichmäßigen und konsistenten Schichtbildung, die für großflächige Produktionsprozesse vorteilhaft ist. Insgesamt eröffnet diese Entwicklung neue Möglichkeiten in der industriellen Fertigung von Tandemsolarzellen, wodurch die Vorteile an Effizienz und Produktivität weiter maximiert werden können.
Weitere Entwicklungen und Herausforderungen
Effizienzsteigerung und Sonnenlichtumwandlung
Während konventionelle Silizium-Solarzellen das Effizienzlimit von 29,4 Prozent erreicht haben, haben die Forschenden des Fraunhofer ISE beschlossen, den Fokus auf die Entwicklung von Tandemsolarzellen zu legen, um ein breiteres Spektrum des Sonnenlichts zu nutzen. Die Kombination der Materialien Silizium und Perowskit in Tandemsolarzellen ermöglicht eine effizientere Umwandlung der verschiedenen Wellenlängen von Sonnenlicht, insbesondere des roten und blauen Anteils. Diese Fähigkeit zur besseren Absorption und Umwandlung führt zu einem deutlich höheren Wirkungsgrad als bei herkömmlichen Silizium-Solarzellen. Die vielversprechenden Ergebnisse der Fraunhofer-Studien legen nahe, dass diese Technologie eine tragfähige Lösung zur Steigerung der Solarenergieeffizienz sein könnte und einen bedeutenden Fortschritt für die Photovoltaikindustrie darstellt.
Herausforderungen und Zukunftsaussichten
Trotz der beeindruckenden Fortschritte bei der Herstellung und Effizienzsteigerung von Tandemsolarzellen bleibt die Industrie vor Herausforderungen stehen. Eine der größten Hürden ist die Sicherstellung einer langfristigen Stabilität und Haltbarkeit der Perowskit-Silizium-Kombinationen unter verschiedenen klimatischen Bedingungen. Die Fraunhofer-Forschenden konzentrieren sich daher auf die Entwicklung von Schutzmechanismen und Verfahren, die die Degradation der Zellen im Einsatz minimieren. Ein weiteres Ziel ist die Anpassung der Produktionsprozesse für die großflächige Massenproduktion, um kosteneffiziente und nachhaltige Herstellungsverfahren zu gewährleisten. Diese langfristigen Entwicklungen könnten der Photovoltaikindustrie neue Dynamiken verleihen und sind von entscheidender Bedeutung für die Implementierung von Tandemsolarzellen in der breiten Anwendung.
Zukunft der Photovoltaikindustrie
Die Forschung im Bereich Tandemsolarzellen zeigt großes Potenzial, die Energieeffizienz der Photovoltaik zu verbessern. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) konzentriert sich besonders auf Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen, die in der Branche als bedeutender Fortschritt angesehen werden. Durch die Entwicklung neuer Beschichtungstechnologien, die skalierbar sind, gelang es, Perowskit-Topzellen effektiv auf Silizium-Bottom-Zellen zu setzen. Diese fortschrittlichen Technologien könnten maßgeblich zur besseren Nutzung von Sonnenlicht führen und die Effizienz der Energieproduktion deutlich erhöhen. Neben der physikalischen Forschung werden auch wirtschaftliche und ökologische Aspekte betrachtet, um die Technologie breiter anwendbar zu machen und langfristig die Energiewende zu unterstützen. Solche Innovationen haben das Potenzial, die Solarenergie für den weltweiten Einsatz attraktiver zu gestalten und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu reduzieren.
