Industrielle Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen: Langzeitdegradation und deren Vermeidung

Für den Sprung vom Labor in die industrielle Fertigung brauchen Perowskit-Silizium-Tandem-Solarzellen mehr als hohe Wirkungsgrade: Sie müssen ihre Leistung über Jahrzehnte zuverlässig aufrechterhalten. Obwohl die Technologie Wirkungsgrade von über 30 Prozent ermöglicht, fehlen der Branche bislang belastbare und einfach anwendbare Verfahren, um Alterung frühzeitig zu bewerten und Leistungsverluste gezielt zu vermeiden. Das Verbundprojekt »SOLIDE« untersucht, wie industrierelevante Tandemsolarzellen unter realistischen Betriebsbedingungen altern. Entwickelt werden beschleunigte und standardisierbare Alterungstests, neue Analyseverfahren sowie stabilere Materialien, Grenzflächen und ultradünne Schutz- und Ionenbarrieren. Der Mehrwert für die Branche: »SOLIDE« schafft objektive Qualitätsmaßstäbe, liefert industrienahe Lösungen für langlebigere Tandemzellen und beschleunigt damit den Weg zu leistungsfähigen, zuverlässigen Photovoltaikmodulen und einer wettbewerbsfähigen europäischen PV-Wertschöpfung.

Ausgangslage

Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen erreichen inzwischen Wirkungsgrade von über 30 Prozent und bieten großes Potenzial für die industrielle Photovoltaik. Ihre Langzeitstabilität ist jedoch unzureichend verstanden. Relevante Degradationsmechanismen sind unter anderem Phaseninstabilität und -segregation, Ionenmigration, thermische Zersetzung, Feuchte- und Sauerstoffeinflüsse sowie mechanische Spannungen und Grenzflächeneffekte. Besonders kritisch sind die erhöhte Bandlücke von etwa 1,68 eV, das hohe Br/I-Verhältnis und die Abscheidung auf texturiertem Silizium. Bisherige Untersuchungen sind überwiegend qualitativ, schwer vergleichbar und kaum auf industriell relevante Prozesse übertragbar. Bisher gibt es nur wenige Langzeitdaten: Es wurden Degradationsraten von 20 Prozent oder mehr berichtet, während für die Marktfähigkeit weniger als 1 Prozent pro Jahr nötig wären. Deshalb sind beschleunigte Alterungstests, quantitative Analysen, technologische Optimierungen und Simulationsmodelle erforderlich.

Ziel

Das Projekt umfasst die Entwicklung industriell einsetzbarer Verfahren zur kontrollierten und beschleunigten Degradation von Pero-Si-Tandemsolarzellen unter realistischen Bedingungen. Zudem werden physikalische und chemische Degradationsmechanismen identifiziert sowie Messverfahren zur Untersuchung einzelner Degradationspfade festgelegt. Ein weiteres Ziel ist die Definition standardisierter Verfahren zur Beurteilung der Zellstabilität, um verschiedene Technologien objektiv vergleichen zu können. Darauf aufbauend wird die Zellstabilität durch Anpassung von Materialien und Prozessen verbessert, was durch beschleunigte Alterungstests demonstriert wird. Abschließend erfolgt die Schichtentwicklung von Diffusionsbarrieren zum Schutz der Solarzelle vor Umwelteinflüssen sowie von Ionenbarrieren innerhalb der Perowskit-Oberzelle.

Das Projekt »SOLIDE«  wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert.