Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) haben den Weltrekord für die effizienteste Tandem-Solarzelle mit einer Silizium-Unterschicht und einer Perowskit-Oberschicht aufgestellt. Die Europäische Solarprüfstelle (ESTP) bestätigte offiziell den Wirkungsgrad von 32.5 % dieser Solarzellen. Damit wurde ein neuer Weltrekord für die effizienteste Tandem-Solarzelle des HZB erzielt.
Verschiedene Forschungsinstitute und Unternehmen arbeiten an einer laufenden Studie zur Effizienzsteigerung. Teams des HZB haben jedoch einen neuen zertifizierten Rekordwert von 32.5 % Wirkungsgrad für Solarzellen erreicht. Dies ist nicht das erste Mal, dass sie einen Höchstwert erzielt haben: Bereits 2021 erreichte das HZB mit periodischen Nanostrukturen einen Rekordwert von 29.8 % . Im Sommer 2022 meldete die École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz einen Rekordwert von 31.3 % und überschritt damit endlich die 30-%-Marke. Mit 32.5 % hat das HZB diesen Erfolg nun erneut bestätigt.
Professor Steve Albrecht vom HZB erklärt: „ Wir freuen uns sehr über den neuen Wert, da er zeigt, dass die Perowskit/Silizium-Tandemtechnologie ein großes Potenzial für eine nachhaltige Energieversorgung birgt. “ Professor Bernd Rech, Wissenschaftlicher Direktor am Helmholtz-Zentrum Berlin, betont: „ Mit 32.5 % liegt der Wirkungsgrad der HZB-Tandemzellen nun in einem Bereich, der bisher nur mit teuren III/V-Halbleitern erreicht wurde . Die Grafik des NREL verdeutlicht, wie spektakulär die beiden jüngsten Steigerungen von EPFL und HZB tatsächlich sind. “
Wissenschaftler des HZB konnten die Effizienz von Silizium- oder Perowskit-Tandemsolarzellen deutlich verbessern. Professor Steve Albrecht erklärt: „Das ist ein enormer Fortschritt, den wir vor wenigen Monaten noch nicht für möglich gehalten hätten. Alle beteiligten Teams des HZB, insbesondere das PV Competence Center (PVComB) und die Teams des HySPRINT Innovation Lab, haben erfolgreich und mit großem Engagement zusammengearbeitet.“ Das Team nutzte eine hochentwickelte Perowskit-Zusammensetzung mit einer gezielten Grenzflächenmodifikation.
Die Hauptautoren, Dr. Eike Köhnen und Dr. Silvia Mariotti aus dem Team von Professor Albrecht, entwickelten eine Grenzflächenmodifikation zur Reduzierung von Ladungsträgerrekombinationsverlusten . Um die spezifischen Eigenschaften dieser Grenzflächenmodifikation zu verstehen, wurde eine detaillierte Analyse durchgeführt. Anschließend wurden diese Entwicklungen erfolgreich in Tandem-Solarzellen implementiert.
Lea Zimmerman, eine Masterstudentin, trug zur weiteren Kombination mit optischen Verbesserungen bei . Durch die Kombination von Schnittstellen- und optischen Modifikationen wurden höchste Photospannungen (Leerlaufspannung) erzielt, was wiederum zu einem neuen Rekordwirkungsgrad für die Tandemtechnologie führte.
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Zahlreiche weitere Techniker und Wissenschaftler trugen zur Entwicklung und Herstellung von Tandem-Solarzellen bei und ermöglichten so den Erfolg dieses Projekts. Ende 2022 unterzeichnete Meyer Burger Technology einen mehrjährigen Kooperationsvertrag mit verschiedenen Forschungsinstituten in der Schweiz und in Deutschland, darunter dem Helmholtz-Zentrum Berlin, um Perowskit-Tandem-Solarzellen und -Module zu industrialisieren.
Ein neuer Weltrekord mit hocheffizienten Tandem-Solarzellen von HZB soll zusammen mit dem Industrialisierungsabkommen voraussichtlich 321.1 Megawatt Energie erzeugen.
