Pero-Si-SCALE – Technologieplattform zur Skalierung von Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen und Modulen

Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen haben das Potential, die Nachfolgetechnologie der bisher dominierenden Siliciumsolarzellentechnologie zu werden. Um die Entwicklungen im unteren Technologiereifegrad (TRL 1-4) schneller in eine industrielle Produktion überführen zu können und zusammen mit der deutschen und europäischen Photovoltaikindustrie die Entwicklung der nächsten Zellgeneration zu beschleunigen, soll im Projekt Pero-Si-SCALE eine unabhängige Technologie-Plattform für Perowskit-Silicium-Tandemtechnologie aufgebaut werden. Hierzu gehören Technologien zur Herstellung von Zellen und Modulen, aber auch eine umfangreiche Charakterisierungs- und Analyse-Umgebung von der Zelle bis hin zum fertigen PV-Kraftwerk.

In der aktuellen Laborforschung von Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen werden viele Prozesse und Materialien verwendet, die nicht skalierbar sind (z.B. Spin-Coating) oder deren Langzeitstabilität noch nicht gezeigt wurde (z.B. Zwischenschichten aus LiF, SAM). Daher ist es nun notwendig, neben den wirkungsgradoptimierten Laborentwicklungen die Skalierung auf großer Fläche, die Stabilität und die Entwicklung hochdurchsatzfähiger und reproduzierbare Prozesse von der Zelle bis ins Modul zu entwickeln und dies mit geeigneten Charakterisierungs- und Simulationswerkzeugen zu begleiten. In der aktuellen Laborumgebung am Fraunhofer ISE können grundsätzliche Material- und Prozessevaluationen auf kleinen Flächen bis ca. 100 cm² durchgeführt werden. Um den Übergang von dieser niedrigen Technologierreifestufe, welche auch an anderen Forschungseinrichtungen und Universitäten verfolgt wird, auf höhere Technologiereifegrad zu überführen, sind umfangreiche Entwicklungsschritte und Investitionen zu tätigen.

Im Projekt »Pero-Si-SCALE« sollen Prozesse, Technologien und Kompetenzen aufgebaut und entwickelt werden, die notwendig sind, um auf dem industriellen Waferformat M12-Zellen und Module herstellen, charakterisieren und prüfen zu können. Dabei steht die Entwicklung flächenskalierbarer, durchsatzfähiger und reproduzierbarer Prozesse sowie die Detailcharakterisierung einzelner Schichten, Zellen und Module im Mittelpunkt. 

Zur Sicherung der Anschlussfähigkeit sollen nur Anlagen und Prozesse verwendet werden, für die eine kostengünstige Massenproduktion prognostiziert werden kann. Ebenfalls sollen nur Materialien verwendet werden, die langzeitstabile Zellen und Module erlauben. Um diese Zellen und Module analysieren zu können, sind sowohl im Zellbereich wie auch im Modulbereich neue Messgeräte für die Qualitätssicherung und die Kalibrierung notwendig. Ziel ist es, die Technologien bis Ende 2024 aufgebaut und erste Zellen und Module realisiert zu haben. 

Durch dieses Vorhaben wird eine unabhängige Technologie-Plattform für die Entwicklung und Analyse der Perowskit-Silicium-Tandemtechnologie geschaffen, die international auf dieser Reifestufe bisher nicht existiert. Mit dieser Plattform kann die deutsche und europäische Photovoltaikindustrie optimal bei der Entwicklung und Umsetzung der nächsten Solarzellengeneration unterstützt werden. Das Fraunhofer ISE will in dieser Plattform auch mit anderen deutschen Forschungsinstituten zusammenarbeiten, um mit ihnen zusammen vielversprechende Ergebnisse im Labormaßstab schneller auf höherem TRL untersuchen zu können.