10.09.2019, 10:19 Uhr

Forscher erreichen neuen Weltrekord bei Tandem-Solarzellen


© Helmholz-Zentrum Berlin

Berlin – Solarforscher haben in den letzten Jahren bei Solarzellen auf Basis von Perowskiten rasante Steigerungen der Wirkungsgrade erzielt. Sie versprechen zukünftig preiswertere und gleichzeitig leistungsstarke Solarmodule. Jetzt konnten Berliner Wissenschaftler einen neuen Weltrekord erreichen.

Ein Forscherteam des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) stellt auf der weltgrößten internationalen Fachkonferenz EU PVSEC in Marseille am 11. September 2019 einen neuen Weltrekord für eine Tandem-Solarzelle vor. Die Solarzelle erreicht einen zertifizierten Wirkungsgrad von 23,26 Prozent.

Perowskit basierte Solarzellen sind preiswert – Schwächennoch beimWirkungsgrad

Die Kombination von Perowskiten mit klassischen Halbleitermaterialien wie Silizium oder auch Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) verspricht preiswerte und leistungsstarke Solarmodule für die Zukunft. Allerdings kommt es an den Kontakten zwischen beiden Halbleitern zu Wirkungsgrad-Verlusten, teilte das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie mit. Der HZB-Physiker Prof. Steve Albrecht und sein Team haben nun neue Kontaktschichten etabliert, die diese Verluste deutlich reduzieren. Damit konnten sie eine monolithische Tandem-Solarzelle aus Perowskit und CIGS herstellen, die einen offiziell zertifizierten Wirkungsgrad von 23,26 Prozent erreicht und aktuell einen Weltrekord darstellt. Die Tandemzelle besitzt eine aktive Fläche von einem Quadratzentimeter. Das ist ein weiterer Meilenstein, denn Perowskit-CIGS-Tandemzellen waren bislang deutlich kleiner.

Lösung: Neue Kontaktschichten mit eingebetteten organischen Molekülen

Die von den Forschern entwickelten neuen Kontaktschichten bestehen aus organischen Molekülen auf Carbazol-Basis mit Phosphonsäuregruppen, die sich selbstorganisiert zu monomolekularen Schichten anordnen (sogenannte „self-assembled monolayers“ oder SAMs). Diese SAMs haben sehr günstige elektro-optische Eigenschaften und die Selbstorganisation führt sogar auf rauen Halbleiterschichten zu lückenloser Bedeckung. “Die SAMs bestechen durch ihre einfache und robuste Handhabung, die auch die industrielle Hochskalierung erlaubt. Außerdem sind sie kompatibel zu unterschiedlichsten Substrate und der Materialverbrauch ist extrem gering“, erklärt Amran Al-Ashouri, Doktorand in der Gruppe von Albrecht und Erstautor der Studie. Die Gruppe hat inzwischen zwei Patente beantragt und ist in Verhandlungen über eine Lizensierung.

Förderung durch das Bundesforschungsministerium

Prof. Steve Albrecht leitet die Nachwuchsgruppe „Perowskit-Tandem-Solarzellen“, die vom BMBF gefördert wird. Die Arbeiten zu den Perowskit-Schichten fanden vorwiegend im Helmholtz-Innovation Lab HySPRINT statt und die SAMs wurden in enger Kollaboration mit der Kaunas University of Technology (Litauen) entwickelt, wo die Gruppe um Prof. Vytautas Getautis die Moleküle synthetisiert hat. Die CIGS-Schichten stammen aus der Gruppe von Dr. Christian Kaufmann, der am HZB die Hocheffizienz CIGS Aktivitäten leitet und durch das Projekt SpeedCIGS unterstützt wird, welches vom BMWi gefördert wird.

Quelle: IWR Online

© IWR, 2019