Forschungsprojekt Pepperoni
PV-Technik auf Basis von Tandem-Solarzellen massentauglich machen
Ziel von Pepperoni ist es, die Hindernisse für die Markteinführung der Tandem-Solartechnik zu überwinden und die Grundlagen für neue Produktionskapazitäten in Europa zu schaffen. Eine Pilotlinie, die diese Entwicklung ermöglicht, entsteht am europäischen Hauptsitz von Qcells in Thalheim.
Pepperoni ist ein vierjähriges Forschungs- und Innovationsprojekt, das gemeinsam vom Helmholtz-Zentrum Berlin und Qcells koordiniert wird und Europa dabei unterstützen soll, bis 2050 klimaneutral zu werden. Die EU kofinanziert das Projekt im Rahmen des Förderprogramms Horizon Europe.
Im Rahmen des Projekts soll eine Pilotlinie zur Entwicklung von Solarmodulen mit Perowskit/Silizium(Si)-Tandemtechnologie aufgebaut werden. Die Finanzierung beläuft sich auf rund 14,5 Millionen Euro über vier Jahre, wobei das Konsortium der beteiligten Partner die gesamte Wertschöpfungskette der PV-Innovation abdeckt.
Die bisher am weitesten verbreiteten Solarzellentechnologien werden mit Silizium hergestellt, und die Silizium-PV ist heute in vielen Teilen der Welt eine der billigsten Möglichkeiten der Stromerzeugung. Der Erfolg der Solarindustrie in den letzten Jahren hat die Branche an die derzeitigen praktischen Grenzen des Wirkungsgrads der Siliziumtechnologie gebracht. Um über die Grenzen der Ein-Material-Zellen hinauszugehen, haben Wissenschaftler vorgeschlagen, eine komplementäre Solarzelle hinzuzufügen, um sogenannte Tandem-Solarzellen zu bilden.
Silizium-Perowskit-Tandem ist die Technologie der Wahl
Die Pepperoni-Forscher haben sich für eine Technologie entschieden, die das beste Verhältnis zwischen Leistung und Herstellungskosten verspricht – das Silizium-Perowskit-Tandem. Perowskit, ein neuartiges Material mit einer speziellen Kristallstruktur, kann so eingestellt werden, dass es die Teile des Sonnenspektrums ausnutzt, die typische Silizium-PV-Materialien nicht effizient nutzen können. Daher eignet sich Perowskit hervorragend als Hybrid-Tandempartner.
Pepperoni will industrielle Siliziumzellen mit einer Perowskit-Topzelle aufpeppen. Dieses Tandemdesign profitiert vom industriellen Know-how der Silizium-Photovoltaik und erweitert den Bereich der erreichbaren Leistungswandlungseffizienz (Power Conversion Efficiency/PCE) über die praktischen Grenzen von Silizium hinaus.
Die Erhöhung des PCE von Solarzellen ist aus zwei Gründen wichtig. Langfristig ist dies der effektivste Weg, um die Stromgestehungskosten (Levelised Cost of Electricity/ LCOE) zu senken. Und kurzfristig ist dies der beste Weg, um die Photovoltaik für Anwendungen zu fördern, bei denen der Platz begrenzt ist, zum Beispiel auf Dächern, an Fassaden oder in Fahrzeugen.
Im Rahmen des Projekts wird am europäischen Hauptsitz von Qcells in Thalheim eine Pilotlinie für Tandemzellen in Industriequalität eingerichtet, die Anlagen, Prozesse und Materialien zur Herstellung von hocheffizienten Tandemzellen und -modulen umfasst. Der Ansatz von Pepperoni verspricht einen schnellen und wettbewerbsfähigen Weg zur Massenproduktion von PV-Modulen mit hoher Leistung und langer Lebensdauer.
Q.ANTUM-Technologie
Der Ansatz von Pepperoni ist, einen Typ von Silizium-Bottomzellen zu verwenden, der auf einer Technologie basiert, die weltweit bereits im Gigawatt-Maßstab produziert wird: die Q.ANTUM-Technologie. Sie wurde 2012 vom Projektpartner Qcells erstmals vorgestellt.
Im Rahmen seiner geschützten Q.ANTUM-Technologie hat Qcells mehrere Innovationen von der ersten Idee bis zur Serienreife entwickelt und erfolgreich in die Großserienproduktion überführt. Beispiele hierfür sind die Einführung der PERC-ähnlichen (passivated emitter and rear cell (PERC), passivierte Emitter- und Rückseitenzelle) Solarzellentechnologie sowie die Halbzellen-, drahtbasierte Verschaltung und die Zero-Gap-Solarmodultechnologie.
Vor kurzem hat Qcells seine Q.ANTUM-Technologie durch die Entwicklung einer passivierenden Kontakttechnologie (Q.ANTUM NEO) erweitert, um die Effizienz von Solarzellen und -modulen weiter zu steigern. Die Q.ANTUM-Technologie ermöglicht die hohe Ertragssicherheit von Qcells, die eine Reihe von zusätzlichen Vorteilen in Bezug auf die Leistung und Zuverlässigkeit der Zellen bietet. Die Anwendung der gleichen Produktanforderungen bei der Pepperoni-Tandemtechnologie ist eine entscheidende Aufgabe des Projekts.
Solarenergie zugänglich machen
Das starke und einander ergänzende Konsortium von Pepperoni will die Herausforderungen angehen, die derzeit den Einsatz von Tandem-Solarzellen behindern. Zu den wichtigsten Zielen des Projekts gehören:
- Minimierung der Skalierungsverluste durch Innovationen bei den verwendeten Materialien und Anlagen
- Entwicklung von Verfahren und Anlagen für die Dünnschichtabscheidung
- Erweiterung der Betriebsstabilität von Perowskiten dank eingehender Analysen der Leistungsverluste
- Beseitigung von Risiken für die menschliche Gesundheit und die Umwelt
- Schaffung einer robusten und wettbewerbsfähigen europäischen Innovationsbasis und PV-Lieferkette
Die Abscheidung einer Perowskit-Topzelle auf Silizium-Bottomzellen in nur wenigen zusätzlichen Prozessschritten verspricht nicht nur höhere Modulwirkungsgrade, sondern ermöglicht auch eine kosteneffiziente Produktionssteigerung, die auf dem umfassenden Branchen-Know-how und den niedrigen Kosten der Silizium-Photovoltaik aufbaut, um eine rasche Einführung dieser neuen Tandemtechnologie zu gewährleisten.
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