Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz hat eine Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle entwickelt, die eine obere Perowskit-Zelle auf der Grundlage eines mit 2,3,4,5,6-Pentafluorbenzylphosphonsäure (pFBPA) behandelten Absorbers integriert. In der Studie „Synergetic substrate and additive engineering for over 30%-efficient perovskite-Si tandem solar cells“, die in der Fachzeitschrift Joule veröffentlicht wurde, erklärten die Forscher, dass die Verwendung von pFBPA die bleihaltigen Defekte im Perowskit-Film und die nicht-strahlende Rekombination in der Nähe des Perowskit-Absorbers und der Elektronentransportschicht reduzieren und damit den Wirkungsgrad und den Füllfaktor der Zelle erhöhen soll.
Die Forscher erklärten auch, dass die vorgeschlagene Zellkonfiguration und der damit verbundene Herstellungsprozess eine Passivierungsbehandlung nach der Abscheidung oder eine zusätzliche Passivierungsschicht überflüssig machen, da das pFBPA in die Perowskit-Vorläufertinte eingebracht wurde.
Das Team baute die Top-Zelle mit einem Substrat aus Indium-Zinn-Oxid (ITO), einer Lochtransportschicht (HTL) auf der Basis von Siliziumdioxid (SiO2)-Nanopartikeln und Phosphonsäure namens methylsubstituiertes Carbazol (Me-4PACz), einem Perowskit-Absorber, einer ETL auf der Basis von Buckminsterfulleren (C60), einer Pufferschicht aus Siliziumoxid (SiO2)-Nanopartikeln (NPs), einem transparenten Kontakt auf der Basis von Indiumzinkoxid (IZO) und einem Metallkontakt aus Silber (Ag).
„Ähnlich wie bei PERC-Zellen besteht die Konfiguration aus der isolierenden Perowskit/SiO2-NP-Grenzfläche mit hoher Passivierungsqualität und der HTL/Perowskit-Grenzfläche, durch die der Strom fließt und deren Passivierungsqualität schlechter ist als die der SiO2-NPs“, erklären die Wissenschaftler. „Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass bei der Optimierung der SiO2-NP-Konzentration Vorsicht geboten ist, da diese von der Wahl der HTL- und Perowskit-Zusammensetzung beeinflusst wird, die beide den Ladungstransport an der HTL/Perowskit-Grenzfläche beeinflussen können.“
Die Perowskit-Zelle wurde in eine Tandemzelle mit einer unteren Zelle integriert, die auf der Heterojunction (HJT)-Technologie basiert und aus einem 190 Mikrometer dicken, glänzend geätzten monokristallinen Float-Zone-Wafer vom n-Typ mit zwei Ohm-Zentimetern hergestellt wurde. „Die invertierte Struktur mit dem p-Typ-Kontakt an der Unterseite und dem n-Typ-Kontakt an der Oberseite ist für die meisten hocheffizienten Perowskit-Si-Bauelemente von heute üblich, da die Elektronentransportschichten der Perowskit-Zelle relativ transparent sind und die etablierte SHJ-Technologie nur wenige Modifikationen erfordert, um in Tandems integriert zu werden“, betonte die Gruppe.
Bei Tests unter Standardbeleuchtungsbedingungen erreichte die Zelle einen Wirkungsgrad von 30,9 Prozent. Die Wissenschaftler erklärten, dass dieses Ergebnis von einer nicht näher bezeichneten dritten Stelle zertifiziert wurde. Sie führten die bemerkenswerte Leistung der Zelle auf die Vorteile zurück, die mit pFBPA erzielt werden können, insbesondere wenn es in Kombination mit einem SiO2-NP-beschichteten Substrat verwendet wird, was wiederum die Bildung von Pinholes und Shunts durch die Verwendung von pFBPA verhindert. „Die die Benetzbarkeit verbessernden SiO2-NP ermöglichen auch den zuverlässigen Einsatz von hochleistungsfähigem Me-4PACz als HTL, das den Shunt-Widerstand (Rs) weiter reduziert und insbesondere den Füllfaktor der Bauelemente verbessert“, so die Forscher.
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Lebensdauer dieser Zelle in Stunden?
Bislang sind diese Zellen doch recht kurzlebig gewesen.
Wenn diese 20 Jahre 30% Wirkungsgrad liefern, dann wäre das ok. alles andere wäre kein wirklicher Fortschritt.
Sehr detailliert!
Einerseits: Ganz grossen Respekt vor dieser wissenschaflich-technischen Leistung ! ! !
Anderseits steht wohl noch in den Sternen, ob / ab wann diese Technik auch voll-ausgereift ist –
hinsichtlich vorbehaltloser PraxisTauglichkeit UND Rentabilität.
Zudem ist DIESE Technik aus meiner Sicht „eine verkappte MogelPackun:
2 „normale“ Module rückseitig aufeinander-gedoppelt, dürften ähnlich „gut“ sein —
in beiden Fällen nutzt man die „wirksame Fläche“ doppelt —
nutzt „frontseitig“ die direkte Einstrahlung
„rückseitig“ die –etwa hälftige– diffuse Strahlung
bekommt also insgesamt v orne ca 100% „hinten“ ca 50%
Ausbeute … der etwa gut 20% erreichbaren „SonnenLichtNutzung“
was einen „verkappten GesamtWirkungsGrad“ nahe 30% ergibt.
Also frage ich mich unterm Strich .. … …. ob DER DenkAnsatz nicht von vornherein „so ziemlich daneben“ — weil letztendlich mehr TechnikKlamauk als sinn-volle technische FortEntwicklung darstellt ?!1
Alles Gute !
Wolf Gerlach