Wissenschaftler:innen des National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums und der University of Toledo ist es gelungen, eine bifaziale Perowskit-Solarzelle mit einem hohen Wirkungsgrad herzustellen. „Diese Perowskit-Zelle kann von beiden Seiten sehr effektiv arbeiten“, sagt Kai Zhu, leitender Wissenschaftler im Chemistry and Nanoscience Center des NREL. In der Vergangenheit hatte die Forschung an bifazialen Perowskit-Solarzellen im Vergleich zu monofazialen Zellen, die derzeit einen Wirkungsgrad von bis zu 26 % aufweisen, keine zufreidenstellenden Wirkungsgradverbesserungen erreicht.

Im Idealfall, so die NREL-Forscher:innen, sollte eine bifaziale Zelle einen Wirkungsgrad auf der Vorderseite haben, der dem der besten monofazialen Zelle nahe kommt. Zudem sollte ein ähnlich hoher Wirkungsgrad auf der Rückseite zu finden sein. Den Forscher:innen ist es nun gelungen, eine Solarzelle herzustellen, bei der der Wirkungsgrad bei Beleuchtung von beiden Seiten nahe beieinander liegt. Denn der im Labor gemessene Wirkungsgrad der Auflichtbeleuchtung erreichte über 23 %. Ferner lag der Wirkungsgrad bei der Beleuchtung von hinten bei 91 % bis 93 % des Wirkungsgrads von vorne.

Vor dem Bau der Solarzelle stützten sich die Forscher auf optische und elektrische Simulationen, um die erforderliche Dicke zu bestimmen. Die Perowskit-Schicht auf der Vorderseite der Zelle muss dick genug sein, um den Großteil der Photonen aus einem bestimmten Teil des Sonnenspektrums zu absorbieren, aber eine zu dicke Perowskit-Schicht kann die Photonen blockieren. Auf der Rückseite der Zelle musste das NREL-Team die ideale Dicke der hinteren Elektrode bestimmen, um den Widerstandsverlust zu minimieren.

Simulationsstudien für bifaziale Perowskit-Solarzelle

Laut Zhu hat man die bifaziale Perowskit-Solarzelle mit Hilfe von Simulationen entworfen. Ohne diese Unterstützung hätten die Forscher Zelle für Zelle experimentell herstellen müssen, um die ideale Dicke zu ermitteln. Dabei fanden sie heraus, dass die ideale Dicke für eine Perowskit-Schicht bei etwa 850 Nanometern liegt. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 70.000 Nanometer dick.

Die Forscher:innen schätzen, dass ein bifaziales Perowskit-Solarmodul in der Herstellung teurer ist als ein monofaziales Modul. Doch könnten sich bifaziale PV-Module im Laufe der Zeit als bessere finanzielle Investition erweisen, da sie 10 bis 20 % mehr Strom erzeugen.

Das U.S. Department of Energy Solar Energy Technologies Office finanzierte die Forschung. Die wissenschaftliche Veröffentlichung der Forscher:innen ist unter diesem Link zu finden.

19.7.2023 | Quelle: NREL | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH