Technologie

Weltrekord beim Wirkungsgrad

31.01.2020 - Effizienz von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen erreicht fast dreißig Prozent.

Während Silizium insbesondere die roten Anteile des Sonnen­lichts in Strom umwandelt, nutzen Perowskit-Verbindungen vor allem die blauen Anteile des Spektrums. Eine Tandemsolarzelle aus Silizium und Perowskit schafft dadurch deutlich höhere Wirkungs­grade als jede Einzel­zelle für sich genommen. Steve Albrecht, der am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) eine vom BMBF geförderte Nachwuchsgruppe leitet, und Bernd Stannowski vom HZB-Institut PVcomB haben zusammen bereits mehrfach für neue Rekordwerte von monolithischen Tandemsolarzellen gesorgt. Ende 2018 stellte das Team eine Tandem­solarzelle aus Silizium mit einem Metall-Halogenid-Perowskit vor, die 25,5 Prozent Wirkungsgrad erreicht. Dann verkündete die Firma Oxford PV einen Wert von 28 Prozent und nun kann das HZB-Team den nächsten Rekord melden.
 

Der Wert von 29,15 Prozent ist vom CalLab des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) zertifiziert und erscheint nun auch in den NREL-Charts. Diese Grafik, die vom National Renewable Energy Lab (NREL), USA, herausgegeben wird, verzeichnet die Entwicklung der Wirkungs­grade für nahezu alle Solarzell-Typen seit 1976. Perowskit-Verbindungen sind erst seit 2013 mit eingezeichnet – Der Wirkungsgrad dieser Materialklasse ist seitdem so stark gestiegen wie für kein anderes Material.

„Wir haben für die Rekordzelle in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Professor Vytautas Getautis (Kaunas University of Technology) eine spezielle neue Kontakt­schicht entwickelt und eine weitere Zwischen­schicht optimiert“, erklären Eike Köhnen und Amran Al-Ashouri, Doktoranden in der Gruppe von Albrecht. Durch die neue Kontaktschicht konnte zudem im HySPRINT-Labor des HZB die Komposition der Perowskit­verbindung weiter angepasst werden, so dass diese in der Tandem­solarzelle unter Beleuchtung stabiler ist und noch besser zum Stromg­leichgewicht beiträgt. Die Silizium-Unterzelle stammt aus der Gruppe von Stannowski und enthält eine spezielle Siliziumoxid-Mischschicht zur optischen Kopplung beider Einzelzellen.

Alle Prozesse, die zum Realisieren dieser Quadrat­zentimeter-Zelle verwendet wurden, sind im Prinzip auch für große Flächen geeignet. Erste Versuche mithilfe von Vakuum­prozessen waren bereits sehr erfolgreich. Die praktisch-realistische Grenze für den Wirkungsgrad von Tandemzellen aus Silizium und Perowskiten liegt bei rund 35 Prozent. Als nächstes will das HZB Team die 30 Prozent Effizienz-Barriere überwinden. Erste Ideen dafür liegen bereits vor, erklärt Albrecht.

HZB / DE
 

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