Wie das Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl-und Plasmatechnik (FEP) mitteilt, gelang dies durch die Kombination von Werkstoffforschung, Rolle-zu-Rolle-(R2R)-Pilotfertigung und Nachhaltigkeitsmaßnahmen.
Wirkungsgrad und günstige Produktionsverfahren zählen
Die Forschenden haben bereits Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von über 21 % auf flexiblen PET-Substraten entwickelt. Zu den wichtigsten Errungenschaften der Projektpartner gehören:
Das spanische Forschungsinstitut ICIQ erreichte durch spezielle Oberflächenbehandlungen Zellen mit einem Wirkungsgrad von 21,6 % (molekulare Oberflächenpassivierung mittels Fullerenen und Silan-basierten selbstorganisierten Monolagen).
Die Universität Rom Tor Vergata erzielte 17,03 % unter Verwendung umweltfreundlicherer Lösungsmittel für die Perowskit-Materialien und optimierter Rakelbeschichtungsverfahren.
Das Technische Forschungszentrum Finnland VTT demonstrierte eine Labormaßstab-Rekordzelle mit einem Wirkungsgrad von 14,8 % mit einem neuartigen Tiefdruckverfahren mit Perowskittinten auf DMSO-Basis.
Das niederländische Forschungsinstitut TNO erzielte einen Wirkungsgrad von 9,1 % mit einem vollständig im Rolle-zu-Rolle-Verfahren schlitzdüsenbeschichteten Perowskit-Stack.
Parallel dazu haben VTT und TNO die R2R-Beschichtung und -Strukturierung auf größere Formate hochskaliert und flexible Minimodule mit einer Fläche von 36 cm² und einer Leistungsumwandlungseffizienz von 4,5 % entwickelt.
Das Konsortium hat außerdem eine Verkapselung entwickelt, die die Solarzellen über 2.000 h unter Feucht-Wärme-Bedingungen (85 °C Temperatur und 85 % Luftfeuchtigkeit) stabil hält – ein Beweis für ihre Haltbarkeit in realen Anwendungen.
„Unsere flexiblen Perowskit-Zellen haben bereits 21 % Effizienz auf biegbaren Substraten übertroffen, und wir haben skalierbare Rolle-zu-Rolle-Prozesse demonstriert", sagt Dr. Riikka Suhonen vom VTT, die Koordinatorin des Pearl-Projekts. „Diese Errungenschaften lassen unser 25-%-Ziel in greifbare Nähe rücken – und ebnen den Weg zu kostengünstigen, hochleistungsfähigen Solarmodulen für Anwendungen von gebäudeintegrierten Photovoltaikanlagen bis zum Internet der Dinge."
Konsortium legt Fokus auf Nachhaltigkeit
Das Konsortium legt großen Wert auf Nachhaltigkeit. Erste Lebenszyklusanalysen zeigen, dass die Verwendung von Kohlenstoffelektroden, recyceltem PET und grüner Energie den CO2-Fußabdruck um mehr als 50 % reduzieren kann. Darüber hinaus wurden Verfahren entwickelt, um Materialien wie Blei und Cäsium aus Produktionsabfällen zurückzugewinnen.
In der zweiten Phase des Projekts will Pearl seine Rolle-zu-Rolle-Pilotfertigungsprozesse optimieren, größere Module für den Außeneinsatz testen und die Ergebnisse der Lebenszyklusanalysen veröffentlichen. Das Ziel ist es, flexible Solarzellen für Anwendungen wie gebäudeintegrierte Photovoltaik und das Internet der Dinge auf den Markt zu bringen. Die Projektleistungen werden einen Bericht über das optimierte Moduldesign, R2R-Verkapselungsprozesse und pilotmaßstäbliche Produktionsprotokolle umfassen, die gemeinsam Europas Führungsposition in der flexiblen Perowskit-PV-Fertigung etablieren.