KIT: Hoher Wirkungsgrad mit Perowskit und Tandem-Solarzellen

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat durch das Stapeln von Perowskit und Tandem-Solarzellen hohe Wirkungsgrade erzielt. Diese lassen sich ohne große Verluste auch in größerem Umfang reproduzieren wie die Forschenden in einem Fachbeitrag darlegen. Demnach hat die Abteilung von Manure-Track-Professor Ulrich Paetzold am Institut für Mikrostrukturtechnik und am Lichttechnischen Institut des KIT erfolgreich einen Prototyp entwickelt. Dabei geht es um die Skalierung hocheffizienter Perowskit-Perowskit-Tandem-Solarmodule. Es gelang den Forschenden, Perowskit-Einzelzellen mit Wirkungsgraden bis 23,5 Prozent bei einer Aperturfläche von 0,1 Quadratzentimetern zu Perowskite/Perowskit-Tandem-Solarmodulen mit Wirkungsgraden bis 19,1 Prozent bei einer Aperturfläche von 12,25 Quadratzentimetern aufzuskalieren.

Wirkungsgradverlust bei Aufskalierung gering

Die Aperturfläche ist der nutzbare, nicht von Elektroden, Rahmen oder Befestigungen verdeckte Teil der Fläche. Bei der Aufskalierung ist der Wirkungsgradverlust mit relativ circa fünf Prozent gering. „Dieses ist das weltweit erstmals gemeldete Ergebnis eines Perowskit/Perowskit-Tandem-Solarmoduls“, sagt Dr. Bahram Abdollahi Nejand, Teamleiter für Perowskit-Perowskit-Tandem-Solarmodule.

Das Ergebnis basiere ferner auf drei wesentlichen Innovationen. Die Forschenden steigerten den Wirkungsgrad durch gezieltes Lichtmanagement, das heißt Optimieren des Lichtwegs und Reduzieren von Reflexion in der Solarzellenarchitektur. Sie verwirklichten zudem ein effizientes Layout für Tandem-Solarmodule mithilfe einer Hochdurchsatz-Laser-Strukturierung. Diese ermögliche es, funktionsfähige Tandem-Solar-Minimodule mit zweipolig miteinander verbundenen Zellstreifen herzustellen. Schließlich verwendeten sie Beschichtungsverfahren wie Rakeln und Vakuumabscheidung, die in der Industrie bereits etabliert sind.

In den vergangenen Jahren haben sich Solarzellen aus Perowskit-Halbleitern dank hoher Wirkungsgrade und niedriger Herstellungskosten als besonders vielversprechend erwiesen. Die Effizienz einer Perowskit-Einzelzelle ist trotz der enormen Entwicklung allerdings begrenzt. Überwinden lässt sich diese Begrenzung durch das Stapeln von zwei Solarzellen mit unterschiedlichen Bandlücken. Bei der Bandlücke handelt es sich um eine Materialeigenschaft, die denjenigen Teil des Lichtspektrums bestimmt, den eine Solarzelle absorbiert, um Strom zu erzeugen.

Tandem-Solarzellen nutzen einen breiteren Teil des Lichtspektrums und liefern mehr Strom, bieten also höhere Wirkungsgrade. Perowskit-Solarzellen mit abstimmbarer Bandlücke eignen sich ideal als Tandempartner für Solarzellen aus anderen Materialien, aber auch für Perowskit-Perowskit-Tandem-Solarzellen. Diese zeichnen sich aus durch kostengünstige Herstellung, Verarbeitung mit lösungsbasierten Verfahren, mechanische Flexibilität und die Freiheit, verschiedene Einzelzellen mit unterschiedlichen Perowskit-Bandlücken zu kombinieren. Die Forschung geht davon aus, dass Perowskit-Perowskit-Tandem-Solarmodule zukünftig hohe Marktanteile erobern werden, sofern sie die Anforderungen an Stabilität und Skalierbarkeit erfüllen. Skalierbarkeit bedeutet, dass sich Entwicklungen auf größere Maßstäbe und auf die Massenfertigung übertragen lassen.

13.7.2022 | Quelle: KIT | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH