Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISEPerowskit-Silizium-Tandemsolarzellen ermöglichen höhere Wirkungsgrade als heutige Silizium-Solarmodule, stellen aber hohe Anforderungen an die Modulherstellung. Im Projekt »HoTSun« werden schonende Prozesse entwickelt, um diese empfindlichen Zellen zuverlässig zu verschalten, einzukapseln und zu industrietauglichen PV-Modulen mit über 26 Prozent Wirkungsgrad zu verarbeiten.
Hocheffiziente Tandem-Solar-Module für die deutsche PV-Industrie
HoTSun
Entwicklung und Aufbau eines Matrix-Schindel-PV-Moduls am Fraunhofer ISE. Im Projekt HoTSun werden schonende Prozesse für die Integration empfindlicher Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen untersucht.
Ausgangslage
Silizium-Solarmodule nähern sich ihren praktischen Effizienzgrenzen. Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen können das Sonnenspektrum besser ausnutzen und dadurch höhere Wirkungsgrade ermöglichen. Für die industrielle Modulherstellung sind sie jedoch anspruchsvoll: Die empfindlichen Zellschichten reagieren sensibel auf hohe Temperaturen, Feuchtigkeit und mechanische Belastung. Konventionelle Prozesse wie Standardlöten oder klassische Lamination sind daher nur eingeschränkt geeignet. Mit »HoTSun« adressieren wir diese Lücke zwischen Laborerfolg und industrieller Fertigung mit schonenden Niedertemperaturprozessen für Verschaltung, Einkapselung und Zuverlässigkeitsbewertung.
Ziel
Das Forschungsvorhaben »HoTSun« verfolgt das Ziel, hocheffiziente Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen in industriell herstellbare PV-Module zu überführen. Dafür werden im Projekt schonende Niedertemperaturprozesse für die elektrische Verschaltung und die Einkapselung der empfindlichen Zellen entwickelt. Im Mittelpunkt stehen leitfähiges Kleben, Niedertemperaturlöten, Matrix-Schindel-Konzepte und Glas-Glas-Modulaufbauten. Ziel sind Tandem-PV-Module mit einem Wirkungsgrad von über 26 Prozent, deren Langzeitstabilität durch Zuverlässigkeitstests bewertet wird.
Lösungsansatz
Im Projekt entwickeln wir eine besonders schonende Herstellungskette für Tandem-PV-Module. Die empfindlichen Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen werden nicht mit klassischen Hochtemperaturprozessen verarbeitet, sondern bei niedrigen Temperaturen verbunden und eingekapselt. Dafür untersuchen wir leitfähige Klebstoffe, spezielle Niedertemperaturlote, Runddrähte und Matrix-Schindel-Verschaltungen. Glas-Glas-Aufbauten schützen die Zellen vor Feuchtigkeit und mechanischer Belastung. Begleitende Messungen und Klimakammertests zeigen, welche Material- und Prozesskombinationen für langzeitstabile Module geeignet sind.
Automatisierte Verarbeitung eines Matrix-Schindel-Moduls. HoTSun entwickelt Niedertemperaturprozesse, mit denen empfindliche Tandemsolarzellen schonend verschaltet und in industrielle Modulkonzepte integriert werden können.
Ergebnisse
»HoTSun« baut auf Vorarbeiten zu hocheffizienten Tandem-PV-Modulen auf und entwickelt diese in Richtung industrieller Fertigung weiter. Erwartete Ergebnisse sind geeignete Niedertemperaturprozesse für Verschaltung und Einkapselung, robuste Glas-Glas-Modulaufbauten sowie Demonstratoren mit einem Zielwirkungsgrad von über 26 Prozent. Ergänzend werden Materialkombinationen, Moduldesigns und Prozessfenster bewertet. Zuverlässigkeitstests in der Klimakammer zeigen, welche Ansätze für langzeitstabile Tandem-PV-Module besonders geeignet sind.
Demonstrator eines Matrix-Schindel-PV-Moduls. Im Projekt HoTSun werden Modulaufbau, Materialkombinationen und Prozessfenster für hocheffiziente Tandem-PV-Module weiterentwickelt.
Förderung
Das Projekt »HoTSun« wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) im 8. Energieforschungsprogramm mit dem Förderschwerpunkt »Photovoltaik« gefördert.
