Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und der US-amerikanische Photovoltaik-Hersteller First Solar gehen eine strategische Forschungspartnerschaft zur Weiterentwicklung der Dünnschicht-Photovoltaik ein. Die Partnerschaft konzentriert sich nicht nur auf die Leistungsfähigkeit von Solarmodulen, sondern auch auf das Potenzial zur Entwicklung und Optimierung von Dünnschicht-Tandemtechnologien im Gigawatt-Maßstab, die ohne Wafer auskommen.
Das ZSW ist ein Forschungsinstitut mit über 30 Jahren Erfahrung auf dem Gebiet der Dünnschicht-Photovoltaik. Seit seiner Gründung liegt das Hauptaugenmerk auf der Materialentwicklung und den Prozessen für den Technologietransfer in die industrielle Produktion. Für die von ZSW-Forscher:innen entwickelte CIGS-Dünnschichttechnologie gilt dies seit Jahrzehnten. Seit mehr als zehn Jahren treiben ZSW-Forscher:innen die Prozessentwicklung zusätzlich auf dem sich schnell entwickelnden Gebiet der Perowskit-Photovoltaik voran. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf der Skalierung robuster Prozesse auf starren und flexiblen Substraten.
First Solar entwickelt in seinen Forschungs- und Entwicklungslabors neue Dünnschicht-Photovoltaikmodule. Diese sollen eine wettbewerbsfähige, leistungsstarke und CO2-ärmere Alternative zu herkömmlichen PV-Modulen aus kristallinem Silizium bieten. Im Jahr 2023 baute First Solar seine weltweite Führungsposition im Bereich der Dünnschicht-Photovoltaik durch die Übernahme von Evolar AB, einem europäischen Unternehmen im Bereich der Perowskit-Technologie, aus. Das Labor von Evolar im schwedischen Uppsala ist seither das europäische Technologiezentrum von First Solar. Etwa 30 Mitarbeiter aus dem Bereich Forschung und Entwicklung von Evolar wechselten zu First Solar und arbeiten eng mit den rund 60 Wissenschaftlern des Unternehmens in dessen Forschungs- und Technologiezentrum in Santa Clara (Kalifornien) und den Entwicklungsteams in Perrysburg (Ohio) zusammen.
ZSW: Tandem-Solarzellen brauchen Dünnschicht-Photovoltaik
Tandem-Solarzellen sind weithin als die nächste Generation der Photovoltaik anerkannt. Der Grund dafür ist die bessere Nutzung des Sonnenspektrums durch Aufteilung der Absorption des Sonnenlichts in eine obere und eine untere Zelle. Da jede Tandemzelle mindestens eine Schicht aus Dünnschicht-Solarzellen enthält, ist die Entwicklung von Dünnschichten von größter Bedeutung für die nächste Generation von Solartechnologien.
Darüber hinaus ermöglicht die Dünnschicht-PV-Produktion eine Verringerung der Herausforderungen in der Lieferkette bei gleichzeitiger Optimierung des CO2-Fußabdrucks. Beide Faktoren haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Aus der Materialperspektive sind Verbindungshalbleiter ideal für Tandems geeignet, da man die Bandlücke durch Variation der Zusammensetzung so einstellen kann, dass sie zu den spektralen Anforderungen der oberen und unteren Zellen in Tandems passt.
Weitere potenzielle Forschungsbereiche sind die optische Anpassung der gestapelten Zellen und die speziellen Charakterisierungstechniken. Das übergeordnete Ziel dieser Forschungspartnerschaft ist die Erforschung von Möglichkeiten, Dünnschichtmodule durch eine bessere Nutzung des Sonnenspektrums effizienter zu machen.