Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der chinesischen Universität Nanjing hat eine 1,05 Quadratzentimeter große Perowskit-Tandemsolarzelle mit einem Wirkungsgrad von 28,2 Prozent hergestellt. „Wir haben uns auf die Leistungsminderung konzentriert, die bei reinen Perowskit-Tandemsolarzellen während des Skalierungsprozesses von 0,05 auf 1 Quadratzentimeter auftritt. Daher besteht unsere Herausforderung darin, großflächige hocheffiziente Perowskit-Tandemgeräte herzustellen. Wir sind der Meinung, dass wir uns zunächst auf die Schnittstellenprobleme bei Perowskit-Solarzellen mit breiter Bandlücke konzentrieren müssen“, sagte Yurui Wang, der Erstautor der Studie, gegenüber pv magazine.
Das Team wies darauf hin, dass der bescheinigte Wirkungsgrad einen Rekord für Vollperowskit-Tandemzellen dieser Größe darstellt. Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift ‚Nature‘ unter dem Titel „Homogenized contact in all-perovskite tandems using tailored 2D perovskite“ veröffentlicht.
Das Team befasste sich mit den Grenzflächenverlusten an der Elektronentransportschicht (ETL) aus Buckminster-Fulleren (C60) in der Perowskit-Topzelle mit großer Bandlücke. „Wir haben festgestellt, dass die Ablagerung von C60 zu einer Verschlechterung der Homogenität des Bauelements führen kann. Obwohl wir in früheren Veröffentlichungen ähnliche Muster entdeckt haben, wurde diesen Phänomenen nicht genügend Aufmerksamkeit geschenkt“, erklärte Wang.
Bei der Strategie der Grenzflächenhomogenisierung wurde eine Mischung aus 4-Fluorphenethylamin (F-PEA) und 4-Trifluormethylphenylammonium (CF3-PA) verwendet, um eine zweidimensionale Schicht zu erzeugen, welche die Kontaktverluste verringert und die Homogenität erhöht, wobei das CF3-PA die Ladungsextraktion und den Transport verbessert. Das Ergebnis war eine Topzelle mit einer Leerlaufspannung von 1,35 Volt, einem Wirkungsgrad von 20,5 Prozent und einer Bandlücke von 1,77 Elektronenvolt. Das Team stapelte sie mit einer Perowskit-Subzelle mit schmaler Bandlücke, um die 1,05 Quadratzentimeter große Perowskit-Tandemzelle mit einem zertifizierten Wirkungsgrad von 28,2 Prozent zu schaffen. Beide Ergebnisse wurden von den Japan Electrical Safety and Environment Technology Laboratories (JET) zertifiziert.
Die Gruppe kam zu dem Schluss, dass die Arbeit „die Bedeutung der Behandlung des oberen Perowskit/ETL-Kontakts für die Hochskalierung von Perowskit-Solarzellen verdeutlicht“. Laut Wang soll die Technologie von Renshine Solar weiterentwickelt werden. Das Start-up wurde von Hairen Tan, dem Mitautor der Studie, gegründet.
„Wir werden uns weiterhin mit den wissenschaftlichen Fragen im Bereich der Photovoltaik befassen, ein skalierbares Herstellungsverfahren für Tandemsolarzellen aus Perowskit entwickeln und uns kontinuierlich um die Kommerzialisierung dieser Technologie bemühen“, so Wang über die künftige Ausrichtung der Arbeit der Gruppe. „Unser oberstes Ziel ist es, einen höheren Wirkungsgrad, eine größere Fläche, eine höhere Stabilität und niedrigere Kosten für Tandem-Bauelemente zu erreichen.
Zu der Forschungsgruppe gehörten Wissenschaftler der Nanjing University, von Renshine Solar, der Jilin University und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften sowie Wissenschaftler der University of Cambridge in Großbritannien, der University of Victoria in Kanada und der Australian National University.
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