Tandemsolarzelle erreicht 32,5 % Wirkungsgrad

TandemsolarzelleQuelle: HZB

Der aktuelle Weltrekord von Tandemsolarzellen aus einer Silizium-Unterzelle und einer Perowskit-Topzelle liegt wieder beim Helmholtz-Zentrum Berlin. Die neue Tandemsolarzelle wandelt 32,5 % der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrische Energie um. Das Zertifizierinstitut 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.

Das HZB konnte die Effizienz einer Perowskit/Silizium-Tandemsolarzelle erneut deutlich steigern. „Dies ist ein großer Sprung nach vorn, den wir vor einigen Monaten noch nicht vorhergesehen haben. Alle beteiligten Teams am HZB, speziell die Teams aus dem PV-Kompetenzzentrum und dem Hysprint Innovation Lab, haben hier hervorragend und mit großer Hingabe zusammengearbeitet“, sagt Prof. Steve Albrecht.

Sein Team nutzte eine verbesserte Perowskit-Verbindung und eine Modifikation der Oberfläche. Dr. Silvia Mariotti und Dr. Eike Köhnen haben eine Grenzflächenmodifikation entwickelt, bei der die Verluste der Ladungsrekombination weitgehend unterdrückt sind. Weiterhin haben sie spezielle analytische Messmethoden angewendet, um die grundlegenden Prozesse besser zu verstehen. Diese Entwicklungen wurden anschließend erfolgreich in Tandemsolarzellen übertragen und mit weiteren optischen Verbesserungen kombiniert.

Wirkungsgrade Schritt für Schritt gesteigert

In den letzten Jahren gab es immer wieder Steigerungen der Wirkungsgrade durch verschiedene Forschungseinrichtungen und Photovoltaikfirmen weltweit. Speziell die letzten Monate waren sehr aufregend. Verschiedene Teams vom HZB konnten Ende 2021 einen Rekordwert von 29,8 % erzielen. Sie hatten dafür spezielle periodische Nanotexturen in die Solarzellen eingebracht. Im Sommer dieses Jahres konnte die Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne diesen Wert nochmals deutlich übertreffen. Erstmals weltweit wurde die 30-%-Barriere geknackt, durch eine zertifizierte Tandemzelle mit 31,3 % Effizienz.

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

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