Ein Forschungsteam hat eine Tandem-Solarzelle aus Perowskit und organischen Absorberschichten mit hoher Effizienz entwickelt, die kostengünstiger herzustellen ist als herkömmliche Solarzellen aus Silizium.

Ein deutsches Forschungsteam hat eine Tandem-Solarzelle entwickelt, die einen Wirkungsgrad von 24 Prozent erreicht. Damit stellt das Team einen neuen Weltrekord auf: Es ist der bishlang höchste Wirkungsgrad in der Kombination von organischen und Perowskit-basierten Absorbern.

In der Entwicklung haben die Arbeitsgruppe von Professor Thomas Riedl von der Universität Wuppertal, das Institut für Physikalische Chemie der Universität zu Köln, die Universitäten Potsdam und Tübingen sowie das Helmholtz-Zentrum Berlin und das Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf zusammengearbeitet. Die Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht. Der Titel lautet „Perovskite/organic tandem solar cells with indium oxide interconnect“.

Tandem-Solarzellen nutzen in ihren Schichten unterschiedliche Wellenlängen des Sonnenlichtes, indem sie verschiedene Halbleitermaterialien einsetzen. Organische Halbleiter können zum Beispiel den ultravioletten und sichtbaren Teil des Lichtes gut absorbieren. Perowski-Solarzellen nutzen vor allem die langwellige Strahlung nahe am Infrarot-Bereich.

Solarzellen auf Basis von Perowskit erreichen in der Forschung immer wieder neue Fortschritte https://www.solarserver.de/?s=perowskit. Solarzellen in der Kombination von Perowskit und Silizium könnten noch 2022 in die Massenfertigung gehen. Sie haben sogar einen noch höheren Wirkungsgrad als die vorgestellte Rekordzelle.

Die neue Tandem-Solarzelle kombiniert mit Perowskit und organischer Photovoltaik hingegen zwei Dünnschicht-Technologien. Laut dem Entwicklungsteam ist der Bedarf an Material und Energie für beide Technologien bedeutend geringer als bei konventionellen Siliziumzellen. Das eröffne die Möglichkeit, noch nachhaltigere Solarzellen zu entwickeln.

Wirkungsgrad über 30 Prozent ist erreichbar

Zu Projektbeginn hatten die weltweit besten Perowskit/Organik-Tandemzellen laut dem Projektteam einen Wirkungsgrad von circa 20 Prozent. Das Forschungsteam hat diesen auf 24 Prozent gesteigert. „Um solch hohe Effizienz zu erreichen, mussten innerhalb der Solarzelle die Verluste an den Grenzflächen zwischen den Materialien minimiert werden“, erklärt Selina Olthof vom Institut für Physikalische Chemie der Uni Köln. Maßgeblich hierfür war ein sogenannter „Interconnect“, eine Entwicklung der Universität Wuppertal. Dieser verbindet optisch und elektrisch die organische Subzelle mit der Perowskit-Solarzelle. Er besteht aus einer 1,5 Nanometer dicken Schicht aus Indiumoxid. Das Kölner Team untersuchte dabei die Grenzflächen und den Interconnect elektrisch und energetisch. So spürten sie Verluste auf und ermöglichten den Kolleg:innen aus Wuppertal die weitere Optimierung. Simulationen der Wuppertaler Arbeitsgruppe zeigen, dass mit diesem Ansatz in Zukunft Tandemzellen mit einem Wirkungsgrad jenseits der 30 Prozent erreichbar sind.

14.4.2022 | Quelle: Uni Köln | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH