Forschung & Entwicklung

Tandemsolarzelle: Wirkungsgrad nahe 30 Prozenthürde

Eine Tandemsolarzelle aus den Halbleitern Perowskit und Silizium wandelt 29,15 Prozent des eingestrahlten Lichts in elektrische Energie um. Damit ist die Überwindung der 30 % Effizienz-Marke in greifbare Nähe gerückt.

Während Silizium insbesondere die roten Anteile des Sonnenlichts in Strom umwandelt, nutzen Perowskitverbindungen vor allem die blauen Anteile des Spektrums. Eine Tandemsolarzelle aus Silizium und Perowskit schafft dadurch deutlich höhere Wirkungsgrade als jede Einzelzelle für sich genommen.

Professor Steve Albrecht und Professor Bernd Stannowski vom Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) haben zusammen bereits mehrfach für neue Rekordwerte von monolithischen Tandemsolarzellen gesorgt. Der nun erzielte Wert von 29,15 Prozent ist vom CalLab des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) zertifiziert und erscheint auch in den Charts des National Renewable Energy Lab (NREL), USA. Dort ist die Entwicklung der Wirkungsgrade für nahezu alle Solarzelltypen seit 1976 verzeichnet.

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

Alle Prozesse, die zum Realisieren dieser Quadratzentimeterzelle 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 circa 35 %. Als nächstes will das HZB-Team die 30 %-Effizienz-Barriere überwinden.

von mn

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