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Neuer Weltrekord für Tandem-Solarzelle mit Perowskit

Die Pero-CIGS-Tandemzelle erreicht den Rekordwirkungsgrad von 23,26 Prozent. Foto: HZB

Am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) hat ein Forscherteam einen neuen Rekord für den Wirkungsgrad von Tandem-Solarzellen erzielt. Die Solarzelle kombiniert die Halbleitermaterialien Perowskit und CIGS.

Wie das HZB mitteilte, erreicht die Solarzelle einen Wirkungsgrad von 23,26 Prozent. Ein Grund für diesen Erfolg liege in einer Zwischenschicht aus organischen Molekülen, die sich selbstorganisiert so anordnen, dass auch raue Halbleiter-Oberflächen lückenlos bedeckt werden.

Die Kombination von Perowskiten mit klassischen Halbleitermaterialien wie Silizium oder auch Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) verspreche preiswerte und leistungsstarke Solarmodule für die Zukunft. Allerdings komme es an den Kontakten zwischen beiden Halbleitern oft zu Verlusten, die den Wirkungsgrad deutlich herabsetzen.

Der HZB-Physiker Steve Albrecht und sein Team haben neue Kontaktschichten etabliert, die diese Verluste reduzieren. Damit konnten sie eine monolithische Tandem-Solarzelle aus Perowskit und CIGS herstellen, die einen Wirkungsgrad von 23,26 Prozent erreicht. Dieser Wirkungsgrad sei offiziell zertifiziert und aktuell ein Weltrekord. Die Tandemzelle besitze eine aktive Fläche von einem Quadratzentimeter und erreiche damit einen weiteren Meilenstein, denn Perowskit-CIGS-Tandemzellen waren bislang deutlich kleiner.

Die Kontaktschichten bestehen laut dem HZB aus organischen Molekülen auf Carbazol-Basis mit Phosphonsäuregruppen, die sich selbstorganisiert zu monomolekularen Schichten anordnen (sogenannte „self-assembled monolayers“ oder SAMs). Diese SAMs haben sehr günstige elektro-optische Eigenschaften und die Selbstorganisation führt sogar auf rauen Halbleiterschichten zu lückenloser Bedeckung.

“Die SAMs bestechen durch ihre einfache und robuste Handhabung, die auch die industrielle Hochskalierung erlaubt. Außerdem sind sie kompatibel zu unterschiedlichsten Substraten und der Materialverbrauch ist extrem gering“, sagt Amran Al-Ashouri, Doktorand in der Gruppe von Albrecht und Erstautor der Studie. Dies könne den Fortschritt hin zu sehr preiswerten PV-Technologien mit Perowskiten beschleunigen. Die Gruppe habe dazu inzwischen zwei Patente beantragt und ist in Verhandlungen über eine Lizensierung.
Professor Steve Albrecht leite die Nachwuchsgruppe „Perowskit-Tandem-Solarzellen“, die vom Bundesforschungsministerium gefördert werde.

Die Arbeiten zu den Perowskit-Schichten hätten vorwiegend im Helmholtz-Innovation Lab HySPRINT stattgefunden, und die SAMs seien in enger Kollaboration mit der Kaunas University of Technology (Litauen) entwickelt worden, wo die Gruppe um Vytautas Getautis die Moleküle synthetisiert habe.

Die CIGS-Schichten stammten aus der Gruppe von Christian Kaufmann, der am HZB die Hocheffizienz CIGS Aktivitäten leite und durch das Projekt SpeedCIGS unterstützt werde, das vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert werde.

12.9.2019 | Quelle: HZB | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH

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