Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) haben erneut den Effizienzweltrekord von Tandemsolarzellen aus Silizium-Bodenzelle und Perowskit-Top-Zelle gebrochen. Der Wirkungsgradrekord von 32,5% wurde vom Zertifizierungsinstitut European Solar Test Installation offiziell bestätigt.
Das Team in Berlin verwendete eine verbesserte Perowskit-Verbindung mit einer modifizierten Oberfläche. Es wurde eine Grenzflächenmodifikation entwickelt, bei der Ladungsrekombinationsverluste weitgehend unterdrückt werden. Darüber wurden spezielle Messmethoden angewendet, um die grundlegenden Prozesse besser zu verstehen. Diese Entwicklungen wurden dann erfolgreich auf Tandemsolarzellen übertragen und mit weiteren optischen Verbesserungen kombiniert.
Silizium ist aufgrund seiner Effizienz, Haltbarkeit und Kosten seit langem der Industriestandard für Solarzellen, aber aktuelle Geräte nähern sich der theoretischen maximalen Effizienzgrenze. Perowskit hingegen ist ein junger Emporkömmling, der schnell aufgeschlossen hat und droht, die Krone zu stehlen. Aber warum streiten? Die Kombination der beiden Materialien scheint die besten Ergebnisse zu liefern. Perowskit / Silizium-Tandemsolarzellen sind effizienter als jedes Material für sich allein. Grund dafür, ist ihre Fähigkeit, verschiedene Teile des Sonnenspektrums zu ernten – Perowskit erschließt blaues Licht besser, während Silizium sich mehr auf rote und infrarote Wellenlängen konzentriert.
32,5% ist die neue Benchmark für Tandemsolarzellen
In den letzten Jahren wurden die Effizienzwerte verschiedener Forschungseinrichtungen und Photovoltaik-Unternehmen weltweit kontinuierlich gesteigert. Ende 2021 erreichten verschiedene Teams des HZB einen damaligen Rekordwert von 29,8% Wirkungsgrad. Dazu brachten sie spezielle, periodische Nanotexturen in die Solarzellen ein. Im Sommer 2022 konnte die Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne in der Schweiz diesen Wert erneut deutlich übertreffen und erreichte mit einer zertifizierten Tandemzelle einen Wirkungsgrad von 31,3%.
Nun wurde der höchste Wert von 32,5% Wirkungsgrad erneut vom HZB erreicht. Die Fortschritte weisen auf das hohe Potenzial von Perowskit/Silizium-Tandemsolarzellen hin, um in den kommenden Jahren zu einer nachhaltigen Energieversorgung und Energiewende beizutragen. Denn der Solarzellenwirkungsgrad der HZB-Tandems liegt mit 32,5 Prozent in Bereichen, die bisher nur teure III/V-Halbleiter erreichten. Als nächsten Schritt gilt es, die Industrialisierung von Perowskit-Tandemsolarzellen und -modulen zu bewerkstelligen.
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