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HZB stellt mit 32,5 Prozent wieder neuen Wirkungsrad-Weltrekord für Tandemsolarzelle auf

© HZB© HZBBerlin – Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) hat sich den Wirkungsgrad-Weltrekord von Tandemsolarzellen aus einer Silizium-Unterzelle und einer Perowskit-Topzelle zurückgeholt. Mit einem Wirkungsgrad von 32,5 Prozent konnte das HZB die Effizienz von Perowskit/Silizium- Tandemsolarzellen erneut deutlich steigern.

In den letzten Jahren sind die Wirkungsgradwerte für Silizium-Perowskit-Tandemzellen rasant gestiegen. Nachdem die Schweizer Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) erstmals den Wirkungsgrad auf über 30 Prozent heben konnte, hat das HZB nun nachgelegt.

Silizium-Solarzellen lassen sich kaum noch verbessern – Silizium und Perowskit vielversprechende Alternative
Normale Silizium-Solarzellen, die man heute vielfach auf Gebäudedächern sieht, lassen sich physikalisch-technisch nicht mehr wesentlich verbessern. Mit dem Einsatz neuer Materialien sieht das anders aus. Vielversprechend sind Kombinationen aus Silizium und Perowskit in Form einer Tandemsolarzelle. Mit ihnen kann man weiter an der Effizienzschraube drehen, sie sind preiswerter in der Herstellung und vielseitiger in der Anwendung.

In den letzten Jahren gab es eine kontinuierliche Steigerung der Wirkungsgradwerte durch verschiedene Forschungseinrichtungen und Photovoltaik-Firmen weltweit. Erst Ende 2021 konnten verschiedene Teams vom HZB einen Rekordwert von knapp unter 30 Prozent erreichen, doch schon im Sommer dieses Jahres konnte die Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Schweiz, diesen Wert nochmals deutlich übertreffen und als erster weltweit die 30 Prozent-Barriere, durch eine zertifizierte Tandemzelle mit 31,3 Prozent Effizienz, knacken.

Jetzt hat das HZB nachgelegt und den Wirkungsgrad-Höchstwert auf 32,5 Prozent hochgeschraubt. Das Zertifizier-Institut European Solar Test Installation (ESTI) in Italien hat die Tandemzelle vermessen und diesen Wert offiziell bestätigt. Außerdem wurde der Wert in die NREL-Übersicht zu Solarzelltechnologien eingetragen, die vom National Renewable Energy Lab, USA, gepflegt wird.

Grundlage für Wirkungsgrad-Weltrekord: Modifikation von Grenz- und Oberflächen
Die neuerliche Steigerung des Wirkungsgrad-Weltrekords ist durch eine Modifikation der Oberfläche ermöglicht worden. „Dies ist ein wirklich großer Sprung nach vorne, den wir vor einigen Monaten noch nicht vorhergesehen haben. Alle beteiligten Teams am HZB, speziell die Teams aus dem PV-Kompetenzzentrum (PVcomB) und dem HySPRINT Innovation Lab, haben hier hervorragend und mit großer Hingabe zusammengearbeitet“, sagt Prof. Steve Albrecht.

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, teilte das HZB mit. 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.

Durch die Kombination aller Modifikationen wurden letztendlich Höchstwerte für die Photospannung (Leerlaufspannung) und der neue Rekordwert der Effizienz für diese faszinierende Tandemtechnologie erzielt.

Der wissenschaftliche Geschäftsführer des HZB, Prof. Bernd Rech, betont: "Mit 32,5 Prozent ist der Solarzellenwirkungsgrad der HZB-Tandems jetzt in Bereichen, die bisher nur von teuren III/V Halbleitern erreicht wurden. In den NREL-Chart ist grafisch deutlich zu erkennen, wie spektakulär gerade die letzten beiden Steigerungen von EPFL und HZB sind."

© IWR, 2022


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