Materialien für nachhaltige Tandemsolarzellen mit höchster Umwandlungseffizienz

Herausforderung 

Damit Photovoltaik die Stromversorgung z.B. für energieautarke Gebäude, Elektroautos oder andere Produkt verlässlich zu akzeptablen Kosten sicherstellen kann, werden Solarzellen mit möglichst hohen Wirkungsgraden benötigt, die entsprechend weniger Material und Fläche benötigen als herkömmliche Module. Der Wirkungsgrad der etablierten Siliziumsolarzellen lässt sich jedoch aus physikalischen Gründen nicht beliebig steigern.

Lösung 

In einem gemeinsamen Projekt arbeiten daher 5 Fraunhofer-Institute an der Entwicklung von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen, mit denen Wirkungsgrade von über 35 Prozent erreicht werden können. In diesem Zusammenhang werden sowohl Anlagentechnologie als auch Fertigungsprozesse weiterentwickelt und adaptiert. Der Fokus liegt auf der Herstellung großflächenfähiger selektive Ladungsträgerschichten, Puffer- und Passivierschichten sowie transparenter leitfähiger Oxide (TCO) mittels Sputterprozessen. Für die Entwicklung des Elektronenkontaktsystems wird eine neuartige Hochrate- SALD-HybridAnlage eingesetzt. Im Rahmen des Projekts wurden Indium-basierte TCOs optimiert und die Prozesse auf eine Großflächen-Sputteranlage transferiert. Zudem wurde ein neuartiges Hybrid-Anlagesetup aus Atomlagenabscheidung und Verdampfereinheit aufgebaut und erste Kombinationsschichten hergestellt. Darüber hinaus wurden optische Modelle für die Bestimmung von Dispersionsdaten entwickelt, um die Zellperfomance zu simulieren.

Mehrwert 

Das Fraunhofer IST verfügt über eine umfangreiche Erfahrung im Bereich der Dünnschicht- und der Siliziumtechnik für die Photovoltaik. Dadurch kann u.a. sichergestellt werden, dass die verschiedenen Schichten sowohl elektronisch als auch optisch, d.h. absorptionsarm, an die Absorber, in dem Fall Silizium und Perowskit, angepasst werden. Ergänzend zu den Kompetenzen in der Schicht- und Prozessentwicklung bietet das Fraunhofer IST kundenspezifische Leistungen im Bereich des Nachhaltigkeitsmanagements und Life Cycle Engineering.