Eine Gruppe von Wissenschaftlern in den Niederlanden hat eine invertierte Perowskit-Solarzelle auf der Basis eines polymerbeschichteten Stahlsubstrats hergestellt, die einen Wirkungsgrad erreichen kann, der dem von nicht invertierten Referenzsolarzellen mit einem ähnlichen Stack-Design nahe kommt. Die Zelle hat eine p-i-n-Struktur und basiert auf vernickeltem Stahl, der mit Polyamid-Imid (PAI) als Planarisierungsschicht beschichtet ist, die als Isolierschicht dient.
Die Forscher verwendeten eine undurchsichtige Titanelektrode, die mit einer dünnen gesputterten Schicht aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) bedeckt ist, um die Bindung der Phosphonsäure-Verankerungsgruppen der Monolage auf der Basis eines Perowskits namens 2PACz zu ermöglichen, die als lochsammelnde Elektrode dient.
Grafik: Technische Universität Eindhoven
Für die Herstellung des ETL verwendeten sie auch Buckminsterfulleren, ein Molekül, das auch als C60 bekannt ist. Außerdem fügten sie eine Pufferschicht aus Zinn(IV)-Oxid (SnO2) durch Atomlagenabscheidung (ALD) hinzu, um eine Beschädigung des darunter liegenden Stapels während der Sputterabscheidung der transparenten ITO-Top-Elektrode zu verhindern.
Die Leistung der Solarzelle wurde unter Standardbeleuchtungsbedingungen mit der von zwei Referenzgeräten verglichen, die auf einem Glassubstrat beziehungsweise einem Glasüberbau aufgebaut waren. Letztere zeigten einen Wirkungsgrad von 19,1 Prozent, eine Leerlaufspannung von 1,13 Volt, einen Kurzschlussstrom von 20,8 Milliampere pro Quadratzentimeter und einen Füllfaktor von 0,81.
Die Zelle auf dem Stahlsubstrat erreichte einen Wirkungsgrad von 16,5 Prozent, eine Leerlaufspannung von 1,11 Volt, einen Kurzschlussstrom von 19,9 Milliampere pro Quadratzentimeter und einen Füllfaktor von 0,75. Das auf dem Glassubstrat basierende Bauelement wies einen Wirkungsgrad von 15,8 Prozent, eine Leerlaufspannung von 1,11 Volt, einen Kurzschlussstrom von 19,8 Milliampere pro Quadratzentimeter und einen Füllfaktor von 0,72 auf.
„Dies zeigt, dass Zellen mit einer Substratkonfiguration, die auf einem Ni-beschichteten Stahlsubstrat hergestellt wurden, ähnliche Leistungswerte erreichen können wie Zellen, die auf Glas hergestellt wurden“, so die Wissenschaftler. „Strategien zur weiteren Steigerung der PCE von Zellen mit Substratkonfiguration können sich daher auf die Verringerung der optischen Verluste im ETL, die Verbesserung der Reflexion der unteren Elektrode und die Verwendung eines weniger widerstandsfähigen transparenten oberen Kontakts konzentrieren.“
Die Forscher stellten ihre Ergebnisse in der Publikation „p-i-n Perovskite Solar Cells on Steel Substrates“ vor, die kürzlich in ACS Publications veröffentlicht wurde. Zu der Gruppe gehören Forscher der Technischen Universität Eindhoven, der niederländischen Organisation für angewandte wissenschaftliche Forschung (TNO) und des indischen Stahlherstellers Tata Steel.
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