Der aktuelle Wirkungsgrad-Weltrekord von Tandemsolarzellen aus einer Silizium-Unterzelle und einer Perowskit-Topzelle liegt wieder beim Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB). Er beträgt 32,5 Prozent und wurde vom Zertifizier-Institut European Solar Test Installation offiziell bestätigt.
„Dies ist ein wirklich großer Sprung nach vorne, den wir vor einigen Monaten noch nicht vorhergesehen haben“, sagte Steve Albrecht aus der Abteilung Perowskit-Tandemsolarzellen des HZB. „Alle beteiligten Teams am HZB, speziell die Teams aus dem PV-Kompetenzzentrum (PVcomB) und dem HySPRINT Innovation Lab, haben hier hervorragend und mit großer Hingabe zusammengearbeitet.“
Sein Team nutzte eine verbesserte Perowskit-Verbindung und eine Modifikation der Oberfläche. Die Postdocs Silvia Mariotti und Eike Köhnen, beides Autoren der Studie, haben eine Grenzflächenmodifikation entwickelt, bei der die Verluste der Ladungsrekombination weitgehend unterdrückt sind. Weiterhin haben sie spezielle analytische Messmethoden angewendet, um die grundlegenden Prozesse besser zu verstehen. Diese Entwicklungen wurden anschließend erfolgreich in Tandemsolarzellen übertragen und durch Masterstudentin Lea Zimmermann mit weiteren optischen Verbesserungen kombiniert.
Grafik: Eike Köhnen/HZB
Der Erfolg war durch weitere technische und wissenschaftliche Experten möglich, die an der Herstellung und Entwicklung der Tandemzellen beteiligt waren. Durch die Kombination aller Modifikationen wurden Höchstwerte für die Photospannung (Leerlaufspannung) und der neue Rekordwert der Effizienz für diese faszinierende Tandemtechnologie erzielt.
In den vergangenen Jahren gab es eine kontinuierliche Steigerung der Wirkungsgradwerte durch verschiedene Forschungseinrichtungen und Photovoltaik-Firmen weltweit. Speziell die zurückliegenden Monate waren dabei sehr aufregend: Verschiedene Teams vom HZB konnten Ende 2021 einen Rekordwert von 29,8 Prozent erzielen. Sie hatten dafür spezielle, periodische Nanotexturen in die Solarzellen eingebracht. Im Sommer dieses Jahres konnte dann die Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Schweiz, diesen Wert nochmals deutlich übertreffen und mit einer zertifizierten Tandemzelle 31,3 Prozent Effizienz erreichen.
Nun liegt der Höchstwert mit 32,5 Prozent wieder am HZB. „Wir freuen uns sehr über den erneuten deutlichen Effizienzsprung. Dieser zeigt das hohe Potenzial der Perowskit/Silizium-Tandemsolarzellen, in den nächsten Jahren zu einer nachhaltigen Energieversorgung und zur Zeitenwende beizutragen“, sagte Albrecht.
Der wissenschaftliche Geschäftsführer des HZB, Bernd Rech, betonte: „Mit 32,5 Prozent ist der Solarzellenwirkungsgrad der HZB-Tandems jetzt in Bereichen, die bisher nur von teuren III/V-Halbleitern erreicht wurden.“
Erst in der vergangenen Woche hatte Meyer Burger gemeinsam mit mehreren Forschungsinstituten in Deutschland und der Schweiz, darunter auch dem HZB eine mehrjährige Kooperationsvereinbarung unterzeichnet. Dabei geht es um die Industrialisierung der Perowskit-Tandemsolarzellen und -module.
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