Zellen fast ohne Verluste zu Modulen zu verschalten, gelingt mit einer neuen Kombination von Verfahren.
Amadeus Bramsiepe, KIT
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 %. Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel der eingestrahlten Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Nun gilt es, die Perowskit-Photovoltaik vom Labor in die Industrie zu bringen. „Eine zentrale Herausforderung besteht darin, die auf Flächen von wenigen Quadratmillimetern erzielten Wirkungsgrade auf typische Solarmodulflächen von einigen Hundert Quadratzentimetern zu übertragen“, sagt Dr. Tobias Abzieher, der am Lichttechnischen Institut (LTI) des KIT die Entwicklung aus dem Vakuum abgeschiedener Perowskit-Solarzellen leitet. 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.
Schichten der Solarzelle im Vakuum aufgedampft
Bei Perowskit-Solarmodulen kam es durch die Aufskalierung bisher zu deutlichen Wirkungsgradeinbußen. Erstens ist die Abscheidung der einzelnen Solarzellenschichten umso schwieriger, je größer die Flächen werden, und zweitens entstehen bei der Serienverschaltung Totflächen zwischen den aktiven Solarzellenstreifen. Das sind Flächen, die später nicht zur Stromerzeugung beitragen können, für die Serienverschaltung aber benötigt werden. Dem Karlsruher Team ist es nun gelungen, durch das Aufdampfen aller Schichten der Solarmodule im Vakuum den Einfluss beider Verlustmechanismen zu minimieren. Mit der Kombination von Vakuumprozessierung und Laserablation erzielten die Forschenden am LTI Wirkungsgrade von bis zu 16,6 % auf einer Bauteilfläche von über 50 cm2 und von sogar 18 % auf einer Fläche von 4 cm2 – ein Weltrekord für vakuumprozessierte Perowskit-Solarmodule.