Nanostrukturen für optimierte Tandemsolarzellen
Weg zu höheren Effizienzen von Perowskit-Silizium-Solarzellen.
Tandemsolarzellen aus Perowskit und Silizium ermöglichen deutlich höhere Wirkungsgrade als Siliziumsolarzellen allein. Mehrere Arbeitsgruppen am Helmholtz Zentrum Berlin forschen daran, solche Tandemsolarzellen gezielt zu entwickeln und zu optimieren. Mit großem Erfolg, Tandemzellen aus dem HZB haben bereits mehrere Weltrekorde erreicht. Zuletzt erzielten die Forschenden im November 2021 mit einer Tandemzelle aus Perowskit- und Silizium einen zertifizierten Wirkungsgrad von 29,8 Prozent. Ein Weltrekord, der acht Monate ungeschlagen an der Spitze stand. Erst im Sommer 2022 ist es einem Schweizer Team an der EPFL gelungen, diesen Wert zu übertreffen.
Für die Rekord-Tandemzelle hatten drei HZB-Teams eng zusammengearbeitet. „Unsere jeweiligen Kompetenzen ergänzen sich sehr gut“, sagt Christiane Becker, die mit dem Team um Bernd Stannowski (Silizium-Unterzelle) und Steve Albrecht (Perowskit-Oberzelle) die Weltrekordzelle entwickelt hat. Beckers Team hat eine nanooptische Texturierung in die Tandemzelle eingebracht: Eine sanft gewellte Nanotextur auf der Silizium-Oberfläche. „Überraschend war, dass diese Textur gleich mehrere Vorteile bringt“, betont Becker: „Die Nanotextur reduziert nicht nur wie erwartet die Reflexionsverluste, sondern führt auch noch dazu, dass sich der extrem dünne Film aus Perowskit deutlich regelmäßiger bildet.“
Außerdem reduziert eine dielektrische Pufferschicht auf der Rückseite des Siliziums die parasitäre Absorption bei Wellenlängen im nahen Infrarotbereich. Als Fazit halten die Forschenden fest: Mit maßgeschneiderten Nanotexturen lassen sich überraschend vielseitige Verbesserungen erreichen. Diese Ergebnisse sind nicht nur für Tandemzellen aus Perowskit- und Silizium wertvoll, sondern auch für Leuchtdioden auf Perowskit-Basis.
HZB / JOL
