Perowskit/Silizium-Tandemzellen auf dem Weg in die Massenproduktion
Die am HZB betriebene Clusteranlage ermöglicht es, großflächige Perowskit/Silizium-Tandemsolarzellen herzustellen. Die Anlage ist weltweit einzigartig und trägt dazu bei, neue industrienahe Prozesse, Materialien und Solarzellen zu entwickeln. © B. Stannowski / HZB
Um Tandem-Solarzellen vom Labormaßstab in die Produktion zu überführen kooperiert das HZB mit dem Solarmodulhersteller Meyer Burger, der große Expertise in der Heterojunction-Technologie (HJT) für Silizium-Module besitzt. Im Rahmen dieser Kooperation sollen serienreife Silizium-Bottom-Zellen auf Basis der Heterojunction-Technologie mit einer Top-Zelle auf Basis der Perowskit-Technologie kombiniert werden.
Meyer Burger ist ein Hersteller von qualitativ hochwertigen Solarmodulen auf Basis der Silizium-Heterojunction-Technologie (HJT). Das Forschungs- und Entwicklungsteam von Meyer Burger hat bereits in den vergangenen Jahren gemeinsam mit dem Team von Bernd Stannowski am Helmholtz-Zentrum Berlin HJT- Zellen entwickelt.
Das HZB besitzt große Expertise im Bereich Perowskit-Solarzellen. In der jüngsten Zeit wurden, maßgeblich durch die Arbeiten der Gruppe um Steve Albrecht, Labor-Tandemsolarzellen, die Heterojunction und Perowskit kombinieren, mit Rekordwirkungsgrade von über 31 Prozent erzielt. Allerdings haben solche Rekord-Tandemzellen nur die laborüblichen Flächen von 1 cm² und werden zum Teil mit Prozessen hergestellt, die nicht skalierbar sind.
„Wir freuen uns daher, dass wir mit Meyer Burger kooperieren, um diese fantastische Technologie in die Anwendung zu überführen“, sagt Bernd Stannowski, der die Kooperation am HZB leitet. Dabei kommt auch eine neue Clusteranlage (KOALA) zum Einsatz. Diese weltweit einzigartige Anlage, gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) und dem Forschungsministerium (BMBF), ermöglicht es, auf Industrie üblichen großen Wafern Perowskit/Silizium-Tandemsolarzellen im Vakuum herzustellen.
„Meyer Burger fertigt in Europa und schafft dadurch hochwertige Arbeitsplätze. Dabei verwertet das Unternehmen Technologien, die in Europa entwickelt wurden“, sagt Rutger Schlatmann, Direktor des Kompetenzzentrum Photovoltaik Berlin (PVcomB) am HZB. Der neue Kooperationsvertrag ist auf drei Jahre angelegt.
- Batterieforschung mit dem HZB-RöntgenmikroskopUm die Kapazität von Lithiumbatterien weiter zu steigern, werden neue Kathodenmaterialien entwickelt. Mehrschichtige lithiumreiche Übergangsmetalloxide (LRTMO) ermöglichen eine besonders hohe Energiedichte. Mit jedem Ladezyklus wird jedoch ihre Kapazität geringer, was mit strukturellen und chemischen Veränderungen zusammenhängt. Mit Röntgenuntersuchungen an BESSY II hat nun ein Team aus chinesischen Forschungseinrichtungen diese Veränderungen erstmals experimentell mit höchster Präzision vermessen: Mit dem einzigartigen Röntgenmikroskop konnten sie morphologische und strukturelle Entwicklungen auf der Nanometerskala beobachten und dabei auch chemische Veränderungen aufklären.
- BESSY II: Neues Verfahren für bessere ThermokunststoffeUmweltfreundliche Thermoplaste aus nachwachsenden Rohstoffen lassen sich nach Gebrauch recyclen. Ihre Belastbarkeit lässt sich verbessern, indem man sie mit anderen Thermoplasten mischt. Um optimale Eigenschaften zu erzielen, kommt es jedoch auf die Grenzflächen in diesen Mischungen an. Ein Team der Technischen Universität Eindhoven in den Niederlanden hat nun an BESSY II untersucht, wie sich mit einem neuen Verfahren aus zwei Grundmaterialien thermoplastische „Blends“ mit hoher Grenzflächenfestigkeit herstellen lassen: Aufnahmen an der neuen Nanostation der IRIS-Beamline zeigten, dass sich dabei nanokristalline Schichten bilden, die die Leistungsfähigkeit des Materials erhöhen.
- Wasserstoff: Durchbruch bei Alkalischen Membran-ElektrolyseurenEinem Team aus Technischer Universität Berlin, Helmholtz-Zentrum Berlin, Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg (IMTEK) und Siemens Energy ist es gelungen, eine hocheffiziente alkalische Membran-Elektrolyse Zelle erstmals im Labormaßstab in Betrieb zu nehmen. Das Besondere: Der Anodenkatalysator besteht dabei aus preisgünstigen Nickelverbindungen und nicht aus begrenzt verfügbaren Edelmetallen. An BESSY II konnte das Team die katalytischen Prozesse durch operando Messungen im Detail darstellen, ein Theorie Team (USA, Singapur) lieferte eine konsistente molekulare Beschreibung. In Freiburg wurden mit einem neuen Beschichtungsverfahren Kleinzellen gebaut und im Betrieb getestet. Die Ergebnisse sind im renommierten Fachjournal Nature Catalysis publiziert.