Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Das Geschäftsfeldthema »Perowskit- und Organische Photovoltaik« umfasst die Themen Perowskitsolarzellen und -module, Organische Solarzellen und -module sowie Perowskit-Silicium Tandemphotovoltaik.
Ziel ist, mithilfe dieser Technologien Optimierungspotenziale in der Photovoltaik zu erschließen und Stromgestehungskosten zu senken. Dazu gehört, den Wirkungsgrad etablierter Solarzellen, z. B. aus kristallinem Silicium, durch verbesserte Absorption und Reflektion mittels fortgeschrittenem Photonenmanagement zu erhöhen. Ein weiterer Ansatz sind alternative Prozesse und Materialien, wie Organische, Farbstoff- und Perowskitsolarzellen, die ein deutliches Kostenreduktionspotenzial aufweisen, was sie trotz der niedrigeren Wirkungsgrade zu vielversprechenden Forschungsobjekten macht.
Unsere Arbeiten an Organischen Solarzellen sind darauf ausgerichtet, flexible, kostengünstige und langzeitstabile organische Solarmodule zu realisieren. Hierfür entwickeln wir zusammen mit Industriepartnern stabile Beschichtungs- und Verkapselungsprozesse auf unserer Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage, um diese anschließend auf große Anlagen zu übertragen.
Im Arbeitsgebiet Perowskitsolarzellen arbeiten wir mit verschiedenen Ansätzen daran, eine ausreichende Langzeitstabilität zu gewährleisten. Neben reinen Perowskitsolarzellen entwickeln wir Silicium-basierte Mehrfachsolarzellen, um das Sonnenspektrum durch Reduktion der Thermalisierungsverluste besser auszunutzen. Diese Strategie verfolgen wir auch mit unseren Arbeiten zu Mehrfachsolarzellen aus einer Kombination von kristallinem Silicium mit III-V-Absorbermaterialien oder Silicium-Nanokristallmaterialien mit einstellbarer Bandlücke. Dazu nutzen wir insbesondere unsere Konzepte zum Photonenmanagement, um eine gute Stromanpassung der Teilzellen zu gewährleisten.
In den letzten Jahren sind die Kosten von Photovoltaik stark gefallen. Heute sind die Stromgestehungskosten von Solarmodulen bereits so niedrig, dass sie mit denen von fossilen Energieträgern konkurrieren können. Dies wurde durch die Integration von F&E Ergebnissen, aber auch durch den schnellen Ausbau an Produktionskapazitäten für die Silicium Photovoltaik erreicht. Durch die Fokussierung auf die Kostenreduktion stand der Aspekt der Nachhaltigkeit bisher nicht so sehr im Vordergrund. So gibt es unter anderem noch Verbesserungspotenzial beim Energie- und Rohstoffverbrauch während der Herstellung. Forschungsarbeiten, die zukünftig eine möglichst ressourcenschonende, lokal produzierbare Photovoltaik ermöglichen, sind daher wünschenswert.