Im Rennen um immer höhere Wirkungsgrade liegt ein
Entwicklungsteam des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) wieder vorne. Die Gruppen
von Steve Albrecht und Bernd Stannowski haben eine Tandemsolarzelle aus den
Halbleitern Perowskit und Silizium entwickelt, die 29,15 Prozent des
eingestrahlten Sonnenlichts in elektrische Energie umwandelt. Dieser Wert ist
offiziell durch das CalLab des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme
(ISE) zertifiziert. Damit ist die 30 Prozent-Effizienz-Marke in greifbare Nähe
gerückt.
Während Silizium insbesondere die roten Anteile des Sonnenlichts in Strom
umwandelt, nutzen Perowskit-Verbindungen vor allem die blauen Anteile des
Spektrums. Eine Tandemsolarzelle aus Silizium und Perowskit schafft dadurch
deutlich höhere Wirkungsgrade als jede Einzelzelle für sich genommen.
Prof. Dr. Steve Albrecht, der am HZB eine vom BMBF geförderte Nachwuchsgruppe
leitet, und Prof. Dr. Bernd Stannowski vom HZB-Institut PVcomB
(Photovoltaik-Kompetenzzentrum Berlin) haben zusammen bereits mehrfach für neue
Rekordwerte von monolithischen Tandemsolarzellen gesorgt. Ende 2018 stellte das
Team eine Tandemsolarzelle aus Silizium mit einem Metall-Halogenid-Perowskit
vor, die 25,5 Prozent Wirkungsgrad erreicht. Dann verkündete die Firma Oxford PV
einen Wert von 28 Prozent und nun kann das HZB-Team den nächsten Rekord melden.
Neuer Rekordwert zertifiziert und eingetragen
Der Wert von 29,15 Prozent ist vom CalLab des Fraunhofer-Instituts für Solare
Energiesysteme (ISE) zertifiziert und erscheint nun auch in den NREL-Charts.
Diese Grafik, die vom National Renewable Energy Lab (NREL), USA, herausgegeben
wird, verzeichnet die Entwicklung der Wirkungsgrade für nahezu alle
Solarzell-Typen seit 1976. Perowskit-Verbindungen sind erst seit 2013 mit
eingezeichnet – Der Wirkungsgrad dieser Materialklasse ist seitdem so stark
gestiegen wie für kein anderes Material.
Schichten optimiert
„Wir haben für die Rekordzelle in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof.
Vytautas Getautis (Kaunas University of Technology) eine spezielle neue
Kontaktschicht entwickelt und eine weitere Zwischenschicht optimiert“, erklären
Eike Köhnen und Amran Al-Ashouri, Doktoranden in der Gruppe von Albrecht.
Durch die neue Kontaktschicht konnte zudem im HySPRINT-Labor des HZB die
Komposition der Perowskitverbindung weiter angepasst werden, so dass diese in
der Tandemsolarzelle unter Beleuchtung stabiler ist und noch besser zum
Stromgleichgewicht beiträgt. Die Silizium-Unterzelle stammt aus der Gruppe von
Stannowski und enthält eine spezielle Siliziumoxid Mischschicht zur optischen
Kopplung beider Einzelzellen.
Aufskalieren möglich
Alle Prozesse, die zum Realisieren dieser Quadratzentimeter-Zelle verwendet
wurden, sind auch für große Flächen geeignet. Erste Versuche mithilfe von
Vakuumprozessen waren bereits sehr erfolgreich.
Die praktisch-realistische Grenze für den Wirkungsgrad von Tandemzellen aus
Silizium und Perowskiten liegt bei ca. 35 Prozent. Als nächstes will das HZB
Team die 30 Prozent Effizienz-Barriere überwinden. „Erste Ideen dafür liegen
bereits vor“, sagt Albrecht.
Hintergrund:
Steve Albrecht leitet die Nachwuchsgruppe Perowskit-Tandemsolarzellen und ist
Juniorprofessor an der Technischen Universität Berlin. Er forscht an dem
organisch-anorganischen Material Perowskit, das eine der größten Überraschungen
in der Solarzellenforschung ist: In nur sechs Jahren hat sich der Wirkungsgrad
von Perowskit-Solarzellen verfünffacht, darüber hinaus können
Perowskit-Schichten aus Lösung hergestellt und in Zukunft kostengünstig auf
großer Fläche gedruckt werden.
Albrechts Team hat in Zusammenarbeit mit weiteren Gruppen aus dem HZB bereits
mehrfach Rekorde für Tandemsolarzellen aus Perowskit in Kombination mit
anorganischen Halbleitern gemeldet. Im September 2019 stellten sie eine
Tandemsolarzelle aus CIGS und Perowskit vor, die einen zertifizierten
Wirkungsgrad von 23,26 Prozent erreicht, was für diese Materialkombination noch
immer der aktuelle Weltrekord ist. Außerdem haben sie 2019 eine
Industrie-relevante Perowskit/PERC Solarzelle mit einem großen PV
Industriepartner entwickelt.
Steve Albrecht hat bereits mehrere große Preise für seine Arbeit erhalten; Ende
2019 wurde er mit dem Nachwuchspreis des Berliner Wissenschaftspreises
ausgezeichnet, der mit einem Preisgeld von 10.000 Euro verbunden war.
Bild- und Videomaterial sowie die vollständige Meldung finden Sie auf folgender
Webseite: https://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=21020;sprache=de
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Pressekontakt:
Dr. Antonia Rötger
Tel.: 030 / 8062 – 43733
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