Ein internationales Forschungsteam hat einen Schritt in Richtung Industrialisierung von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen gemacht. Sie konnten beweisen, dass es möglich ist, die Perowskit-Oberzelle in Kombination mit den Silizium-Unterzellen zu passivieren. Diese Unterzellen haben eine pyramidenförmige Oberflächenstruktur und sind derzeit der Industriestandard für Solarzellen. Darüber hinaus entdeckte das Team, dass die Passivierung – anders als beim Silizium – die gesamte Perowskit-Schicht beeinflusst. Das führt zu weiteren Effizienzsteigerungen.
Das Team
Es haben Forschungsteams der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), der Universität Freiburg und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE bei der Passivierung von Perowskit-Oberzellen zusammengearbeitet.
Worum geht es?
Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen bestehen aus einer Perowskit-Oberzelle und einer Silizium-Unterzelle. Diese Zelltechnologie ist ein technologischer Fortschritt in der Photovoltaik, da Silizium-Solarzellen maximal 29,4% des Sonnenlichts in Strom umwandeln können. Dieses physikalische Limit hat die Photovoltaik-Industrie schon fast erreicht.
Für die großflächige Produktion dieser Tandemsolarzellen wäre es vorteilhaft, eine Standard-Siliziumsolarzelle für die Unterzelle zu verwenden, da deren Herstellungsprozesse bereits gut etabliert sind. Diese Solarzellen sind strukturiert, da dies ihre Oberfläche vergrößert und Effizienz steigert. Die Strukturierung erschwert allerdings das Aufragen der Perowskit-Oberzelle. Eine qualitativ hochwertige Oberflächen-Passivierung der Perowskit-Schicht auf der pyramidenförmigen Oberfläche des Siliziums war bisher noch nicht gelungen.
Wie ging man vor?
Nach Angaben des Teams wurde die effektive Passivierung auf volltexturierten Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen bislang noch nicht vollständig genutzt. Jetzt wurde eine ausgezeichnete Passivierung erreicht, indem 1,3-Diaminopropan-Dihydroiodid auf die unebene Perowskit-Oberfläche abgeschieden wurde. Die passivierten Tandemsolarzellen erreichten einen Wirkungsgrad bis 33,1% mit einer Leerlaufspannung von 2,01V.
Ein besonderer Effekt
Man beobachtete auch, dass die Passivierung der Perowskit-Oberzelle die Leitfähigkeit und damit den Füllfaktor der Zelle verbesserte. Damit wurde bewiesen, dass diese Verbesserung auf einen tiefergehenden Feldeffekt zurückzuführen ist, der aus der Passivierung resultiert. Bei Siliziumsolarzellen wirkt die Passivierung nur auf die oberen Schichten, während bei Perowskit-Solarzellen die Oberflächenbehandlung die gesamte Schicht beeinflusst und deren Effizienz steigert.
Ausblick
Die Erkenntnisse werden zur Entwicklung besserer Tandem-Solarzellen genutzt. Die Photovoltaik-Industrie kann die Oberflächen-Passivierung von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen nutzen.
Die Ergebnisse des Forschungsteams basieren auf Arbeiten im Fraunhofer-Leuchtturmprojekt »MaNiTU« sowie in den Projekten» PrEsto« und »Perle«, die beide vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWE gefördert werden.
