Zentrum für neuartige PV-Technologien

Im »Zentrum für neuartige PV-Technologien« beschäftigten wir uns mit Solarzellentechnologien der nächsten Generation. Besondere Themenschwerpunkte setzen wir bei Organischen Solarzellen und Perowskitsolarzellen. Beiden Technologien ist gemein, dass die verwendeten Materialien bei niedrigen Temperaturen aus Lösung mittels Beschichtungs- und Druckprozessen aufgebracht werden können. Dies ermöglicht eine Produktion auf Rolle-zu-Rolle Anlagen und bietet damit einhergehend ein enormes Potenzial für große Produktionsvolumina und geringe Herstellkosten.

Organische Solarzellen kommen ohne den Einsatz kritischer Elemente wie Schwermetalle aus und können auf Grund eines äußerst geringen Material- und Energieverbrauchs bei der Herstellung sehr gute Ökobilanzen ermöglichen. Darüber hinaus sind sie RoHS-konform realisierbar. Wegen ihrer speziellen Absorptionseigenschaften sind sie insbesondere geeignet, um transparente Solarzellen mit hoher Abbildungsqualität und anpassbarer spektraler Absorption zu ermöglichen, z.B. für solar aktive Fenster in Gebäuden und Fahrzeugen oder als Schutzfolie in Agraranwendungen.

Im Themenfeld Perowskitsolarzellen wurden in den letzten Jahren bemerkenswerte Fortschritte erreicht. Der Wirkungsgrad steigt stetig, sodass für kleine Laborzellen bereits hohe Wirkungsgrade von über 25% realisiert wurden. Sie finden darüber hinaus Anwendung als Topzelle in Tandemsolarzellen mit dem etablierten kristallinen Silicium. Hierdurch kann die derzeit dominierende Photovoltaiktechnologie einen weiteren Quantensprung beim Wirkungsgrad erfahren. Aber auch die Kombination zweier Perowskitabsorber mit unterschiedlichen Bandlücken in einer Tandemsolarzelle birgt ein hohes Potenzial zur Wirkungsgradsteigerung und Kostenreduktion.

Services und Expertise

Evaluation von Materialien und Komponenten

Wir verfügen über Laborlinien für die Prozessierung unter Inertgas. Derzeit sind drei Gloveboxlinien mit Spincoatern, Vakuumverdampfern und verschiedenen automatisierten Basisverfahren zur Charakterisierung in Betrieb. Auf diesen Linien werden Solarzellen unter Ausschluss von Sauerstoff und Wasser hergestellt, um neue Materialien und Schichtstapel zu erproben und zu optimieren.

Charakterisierung und Modellierung

Um die den Wirkungsgrad limitierenden Faktoren von Solarzellen und -modulen zu identifizieren, werden verschiedene elektrooptische Charakterisierungsverfahren eingesetzt. Neben Strom-Spannungskennlinien bei verschiedenen Intensitäten und Temperaturen sind dies u.a. Elektro- und Photolumineszenzmessungen (sowohl steady-state als auch transient), LBIC (Light Beam Induced Current) sowie DLIT (Dark Lock-in Thermography). Für diese Methoden können auch bildgebende Verfahren eingesetzt werden. Numerische Simulationen der verschiedenen in den Solarzellen ablaufenden Prozessen ermöglichen es, unser Verständnis weiter zu vertiefen.

Aufskalierung und Fertigungsprozesse im Rolle-zu-Rolle Verfahren

Das Fraunhofer ISE entwickelt Schichtsysteme, Modulkonzepte und Produktionsprozesse die sich für eine kostengünstige Rolle-zu-Rolle Produktion eignen. Da bei dieser Produktionsmethode schon bei mittleren Produktionsvolumina die Herstellungskosten weitgehend aus Materialkosten bestehen, liegt ein großer Fokus darauf, kostengünstige, verfügbare und mit Sicherheitsanforderungen vereinbare Lösungen zu erarbeiten. Die Aufskalierung kann auf verschiedenen Stufen von Labormodulen auf Basis von Spincoating über auf Bogenbeschichtungs- und Flachbettsiebdruckanlagen hergestellten Demonstratoren bis hin zu im Rolle-zu-Rolle Verfahren hergestellten Modulen auf Folienrollen erfolgen.