Das Perowskit-Kompetenzcluster

Die Projekte

Dank seiner langjährigen, erfolgreichen Zusammenarbeit vereint das Kompetenzcluster Forschungsexzellenz und industrielle Anwendung auf einzigartige Weise.

Die ersten Anlagen und Aktivitäten (PeroTec 1–3 und PeroUp) zur Inbetriebnahmen wurden am ZSW bereits finanziell durch das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg unterstützt.

Mit dem aktuellen Projekt PeroClu1 wird nun der nächste entscheidende Schritt gegangen: die gezielte Hochskalierung von Perowskit-Solarzellen. Das Vorhaben erhält eine starke finanzielle Starthilfe – mit Förderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) sowie vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg. Damit setzt PeroClu1 ein klares Signal für die industrielle Zukunft dieser Schlüsseltechnologie.

Dank komplementärer Expertise erfolgt der Technologietransfer und die Produktentwicklung über die gesamte Wertschöpfungskette.

Wir Bieten exzellenten Technologietransfer

Unsere Pilotlinien – starr und flexibel

Warum Perowskite?

Hybride organisch-anorganische Perowskite mit ABX₃-Struktur bilden die Grundlage moderner Perowskit-Solarzellen (PSC) – einer der vielversprechendsten kostengünstigen Dünnschichttechnologien der Photovoltaik.

Durch die gezielte Kombination unterschiedlicher Kationen, Metalle und Halogenide lassen sich die Materialeigenschaften präzise einstellen und an spezifische Anwendungen anpassen.

In nur wenigen Jahren verzeichneten Perowskit-Solarzellen einen beispiellosen Effizienzsprung:
Der Wirkungsgrad stieg von 3,8 % auf über 26 % und erreicht damit nahezu das Niveau etablierter Silizium-Solarzellen – bei gleichzeitigem Potenzial, das Shockley-Queisser-Limit von 33 % auszuschöpfen.

Ihre außergewöhnlichen optoelektronischen Eigenschaften ermöglichen zudem eine flexible Bandlückenanpassung vom sichtbaren bis in den infraroten Spektralbereich und eröffnen damit vielfältige Einsatzmöglichkeiten in Tandemarchitekturen und neuartigen Photovoltaik-Anwendungen.

Bedeutung der Perowskit-Halbleiter für die Photovoltaik und andere anwendungen

Derzeit stammen 90 % aller Solarzellen aus Silizium (Si), das nach fast 40 Jahren Entwicklungszeit bald sein praktisch realisierbares Maximum erreicht hat. Weitere Verbesserungen sind teuer und erfordern neue Ansätze, z. B. das Aufbringen komplementärer Materialien auf Silizium in einem Tandem-Ansatz, um mehr Sonnenlicht in Energie umzuwandeln. Perowskit-Halbleiter bilden hierfür eine vielversprechende Materialgruppe. Ein Perowskit/Si-Tandem erreicht deutlich höhere Wirkungsgrade als einzelne Si-Solarzellen. Dünne, leichte Perowskitschichten lassen sich zudem auf flexiblen Substraten aufbringen, wodurch gekrümmte Oberflächen wie Fassaden oder Autodächer nutzbar werden. In Abb. 2 ist zu sehen, dass Silizium- und CIGS-Zellen ihr theoretisches Maximum erreichen, Tandems mit Perowskit diese Grenzen überwinden und die PSC-Technologie zum „Game Changer“ werden kann.

Der Fokus liegt auf effizienten, stabilen Perowskit-Einzelmodulen und der Entwicklung industrierelevanter Beschichtungsverfahren – eine Voraussetzung für die spätere Modulentwicklung („Proof of Concept“).

Die meisten Forschungsarbeiten zu flüssigprozessierten Perowskits beziehen sich auf kleinflächige Spin-Coating-Beschichtungen. Für die Hochskalierung kommen Übergangstechniken wie Rakelverfahren und schließlich Schlitzdüsenbeschichtung (Slot-Die) infrage. Wie in Abb. 3 gezeigt, sinkt die Effizienz mit steigender Beschichtungsfläche stark, und ab ca. 100 cm² muss Spin-Coating zugunsten des Schlitzgießens ersetzt werden. Die Prozesse müssen insbesondere an Luft und mit ungiftigen Lösemitteln weiterentwickelt werden.

Produktvielfalt mit stabilen hocheffizienten Perowskitsolarzellen

Grundsätzlich eröffnen Perowskit-Dünnschichtsolarzellen Wege sowohl in starre Solarzellen auf Glas oder gegebenenfalls Metallträgern als auch in mechanisch flexible, leichtgewichtige Produkte. Es bestehen zahlreiche Möglichkeiten, Perowskite in 2-Terminal-(2T) oder 4-Terminal-(4T) Bauelementen einzusetzen. Damit lassen sich nicht nur konventionelle Produkte verbessern, sondern auch neue Multispektralkonzepte mit Wirkungsgraden von über 40 % entwickeln.

Darüber hinaus können völlig neue Produkte entstehen. So lassen sich beispielsweise durch leichtgewichtige Solarmodule großflächige Industriedächer erschließen, die aus Gewichtsgründen nicht mit konventioneller Silizium-Technologie genutzt werden könnten.