Neuer Rekord: Tandemsolarzelle schafft 32,5 Prozent Wirkungsgrad

publiziert: Montag, 19. Dez 2022 / 18:41 Uhr
Foto der Perowskit/Silizium-Tandemsolarzelle. Zu sehen ist die aktive bläuliche Fläche in der Mitte des Wafers, die von der metallischen, silbrigen Elektrode eingeschlossen wird.
Foto der Perowskit/Silizium-Tandemsolarzelle. Zu sehen ist die aktive bläuliche Fläche in der Mitte des Wafers, die von der metallischen, silbrigen Elektrode eingeschlossen wird.

Den aktuellen Weltrekord von Tandemsolarzellen aus einer Silizium-Unterzelle und einer Perowskit-Topzelle hat sich wieder das Helmholz Zentrum Berlin (HZB) gesichert. Die neue Tandemsolarzelle wandelt 32,5% der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrische Energie um.

Das HZB konnte die Effizienz von Perowskit/Silizium- Tandemsolarzellen erneut deutlich steigern. «Dies ist ein wirklich grosser Sprung nach vorne, den wir vor einigen Monaten noch nicht vorhergesehen haben.», sagt Prof. Steve Albrecht.

Modifikationen von Grenz- und Oberflächen

Sein Team nutzte eine verbesserte Perowskit-Verbindung und eine raffinierte Modifikation der Oberfläche. Die Postdocs Dr. Silvia Mariotti und Dr. Eike Köhnen, beides geteilte Erstautoren der Studie, haben eine Grenzflächenmodifikation entwickelt, bei der die Verluste der Ladungsrekombination weitgehend unterdrückt sind. Weiterhin haben sie spezielle analytische Messmethoden angewendet, um die grundlegenden Prozesse besser zu verstehen. Diese Entwicklungen wurden anschliessend erfolgreich in Tandemsolarzellen übertragen und durch Masterstudentin Lea Zimmermann mit weiteren optischen Verbesserungen kombiniert.

Der Erfolg war nur durch weitere technische und wissenschaftliche Expert*innen möglich, die an der Herstellung und Entwicklung der Tandemzellen beteiligt waren. Durch die Kombination aller Modifikationen wurden Höchstwerte für die Photospannung (Leerlaufspannung) und der neue Rekordwert der Effizienz für diese Tandemtechnologie erzielt.  

Rasante Fortschritte

In den letzten Jahren gab es eine kontinuierliche Steigerung der Wirkungsgradwerte durch verschiedene Forschungseinrichtungen und Photovoltaik-Firmen weltweit. Speziell die letzten Monate waren dabei sehr aufregend: Verschiedene Teams vom HZB konnten Ende 2021 einen Rekordwert von knapp unter 30% (29,8%) erzielen. Sie hatten dafür spezielle, periodische Nanotexturen in die Solarzellen eingebracht. Im Sommer dieses Jahres konnte dann die Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Schweiz, diesen Wert nochmals deutlich übertreffen und als erster weltweit die 30% Barriere, durch eine zertifizierte Tandemzelle mit 31,3% Effizienz, knacken.

(fest/pd)

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