Die Verbesserung der Moduleffizienz und der Ausbau der Produktionskapazitäten tragen komplementär zur Kostensenkung von gestapelten Metallhalogenid-Chalkogenid/Silizium-Solarmodulen bei. Forscher des Nationalen Labors für Erneuerbare Energien (NREL) des US-Energieministeriums wiesen darauf hin, dass jede dieser Maßnahmen eine ähnliche Rolle spielen kann, abhängig von der Fähigkeit des Herstellers, die Modulproduktion zu erweitern und die Modulleistung zu verbessern.
Die meisten heute hergestellten Photovoltaikmodule (PV-Module) basieren auf Silizium-Solarzellen mit einem pn-Übergang. Durch die Kombination von Silizium mit einem anderen Solarzellenmaterial (z. B. einem Metallhalogenid) zu einem Stapel von Chalkogeniden (MHPs) können Hersteller Solarmodule produzieren. Diese können mehr Sonnenlicht in Strom umwandeln als Silizium allein. Die Stapeltechnologie befindet sich noch in der Entwicklung, und es werden verschiedene Optionen zur Integration von MHPs erforscht, wobei hinsichtlich Kosten und Leistung noch viele Unbekannte bestehen. Um diese Lücke zu schließen, haben die Forscher ein Herstellungskostenmodell entwickelt, das bestehende Geräte und Laborprozesse der Lieferkette nutzt, um verschiedene mögliche Ansätze im großen Maßstab zu vergleichen.
Die Forscher untersuchten verschiedene Ansätze zum Aufbau gestapelter Module und verglichen die Sensitivität der Herstellungskosten gegenüber den verwendeten Materialien, der Anzahl der Geräteschichten, den Produktionskosten, dem Standort des Werks und weiteren Faktoren. Sie stellten fest, dass der Durchsatz des Werks und die Moduleffizienz den größten Einfluss auf die Herstellungskosten hatten.
„Eine der Fragen, die diese Studie beantwortet, lautet: Welchen Wert hat diese Effizienzsteigerung?“, sagte Jacob Cordell, Hauptautor der in der Fachzeitschrift Joule veröffentlichten Studie „Technoökonomische Analyse von Perowskit/Silizium-Tandem-Solarmodulen“. „Eine zentrale Erkenntnis ist, dass die absolute Effizienzsteigerung der Module um 2,5 % die gleiche Kostenreduzierung pro Leistungseinheit ermöglicht wie eine Verdopplung der Anlagengröße.“
Mithilfe des nun öffentlich zugänglichen detaillierten Kostenanalysemodells (DCAM) konnten Forscher verschiedene Szenarien testen, darunter die Standortwahl von Produktionsstätten in unterschiedlichen Weltregionen und verschiedene Förderprogramme für die Fertigung. Unternehmen und Forscher können anhand dieses Modells untersuchen, wie sich unterschiedliche Prozesse und Materialien auf die Kosten auswirken. Das Modell berücksichtigt jedoch weder die Energieproduktivität noch die Lebensdauer der Module; diese Bereiche sind Gegenstand aktueller Forschung.
Ausgehend von einem Basismodell eines Herstellers, der Module mit einem Wirkungsgrad von 25 Prozent und einer jährlichen Produktionskapazität von 3 Gigawatt in den USA fertigt, verglichen die Forscher Wirkungsgrad und Produktionsausbeute, um zu ermitteln, wie sich die Modulkosten mit steigender erzeugter Leistung verändern. „Dies verdeutlicht das Potenzial der Forschung zur Verbesserung des Gerätewirkungsgrades und zur Senkung der Modulkosten pro Watt“, so Cordell.
Der von Michael Woodhouse und Emily Warren verfasste Fachartikel weist darauf hin, dass der Modulwirkungsgrad eine dynamische Variable bei der Kostenprognose von gestapelten Modulen darstellt, da sich viele andere Faktoren verändert haben und weiterhin verändern werden, um die für wirtschaftlich rentable Photovoltaik erforderlichen Wirkungsgrade und Langlebigkeiten zu erreichen. Gestapelte Module müssen einen Wirkungsgrad von mindestens 25 % aufweisen, um preislich wettbewerbsfähig zu sein und mit anderen Solartechnologien kombiniert werden zu können. Der nächste Schritt bei der Kommerzialisierung von Chalkogenid/Silizium-gestapelten Modulen besteht darin, die Zuverlässigkeit der Technologie zu verbessern und die Fläche effizienter Bauelemente auf die volle Modulgröße auszudehnen, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.
