Wirkungsgrad 18 Prozent und hohe Leerlaufspannung
Diese Tandemzelle erreichte mit 18 Prozent einen Wirkungsgrad, der knapp 20 Prozent höher als die Wirkungsgrade der einzelnen Zellen ist. Die Leerlauf-Spannung beträgt 1,78 Volt. „Damit wäre diese Materialkombination sogar auch für die Erzeugung von Wasserstoff aus Sonnenlicht interessant“, sagt Dr. Steve Albrecht, Erstautor der Arbeit, die nun im renommierten Journal Energy & Environmental Science erschienen ist.
Bis zu 30 Prozent Wirkungsgrad durch verbesserten Lichteinfang erreichbar
Steve Albrecht, Post-Doc bei Rech, hat das Probendesign der Tandemzelle entwickelt und die Kooperation mit der EPFL koordiniert. „Der gemessene Wirkungsgrad ist mit 18 Prozent zwar schon sehr gut, aber aktuell geht noch Licht an den Oberflächen verloren“, erklärt er und plant weitere Verbesserungen. So könnten strukturierte Folien auf der Vorderseite Licht einfangen und in die Zelle einkoppeln, was den Wirkungsgrad weiter steigern würde. Auch die Silizium-Heterosolarzelle, die hier die Bottom-Zelle und gleichzeitig das Substrat für die Perowskit-Topzelle bildet, bietet noch Potenzial für Verbesserungen. „Diese Zelle wird für das Perowskit-Silizium-Tandem im Moment noch auf einem glatten Silizium-Wafer hergestellt. Durch eine Strukturierung des Wafers mit Lichteinfangstrukturen, z.B. Zufallspyramiden, könnte die Effizienz bis auf 25 oder sogar 30 Prozent gesteigert werden“, sagt Korte, Leiter der Arbeitsgruppe Silizium-Hetero-Kontaktsysteme am Institut für Siliziumphotovoltaik.
Integration in bestehende industrielle Produktionsverfahren
Fast noch wichtiger als maximale Wirkungsgrade aber ist die Integration in bestehende Technologien: „Aktuell beherrscht die Silizium-Technologie 90 Prozent des Marktes, das heißt, es gibt viele etablierte Produktionsanlagen für Siliziumzellen“, sagt Rech. „Die Perowskit-Schichten könnten den Wirkungsgrad erheblich steigern. Dafür müssten die Produktionsverfahren nur um wenige Schritte erweitert werden. Deshalb ist unsere Arbeit auch für die Industrie extrem interessant. Allerdings müssen die Probleme der Langzeitstabilität und des Bleigehalts von Perowskit Solarzellen durch künftige Forschung gelöst werden!“
Publikation:
- Monolithic Perovskite/Silicon-Heterojunction Tandem Solar Cells Processed at Low Temperature – Steve Albrecht, Michael Saliba, Juan Pablo Correa Baena, Felix Lang, Lukas Kegelmann, Mathias Mews, Ludmilla Steier, Antonio Abate, Joerg Rappich, Lars Korte, Rutger Schlatmann, Nazeeruddin, Mohammad K., Anders Hagfeldt, Michael Grätzel and Bernd Rech, Energy Environ. Sci., 2015, DOI: 10.1039/C5EE02965A
->Quellen: