Tandemsolarzelle aus Perowskit und CIGS erreicht Rekordwirkungsgrad von 24,6 Prozent

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und das Nanoelectronics Research Centre (imec) aus Belgien haben eine Tandem-Dünnschichtsolarzelle mit einem Rekordwirkungsgrad von 24,6 Prozent entwickelt. Die Tandemzelle besteht aus einer Perowskitzelle von imec und einer Solarzelle des ZSW mit einem Halbleiter aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen (CIGS). Die Perowskitzelle entstand im Rahmen der Partnerschaft mit den belgischen Organisationen EnergyVille und Solliance.

Aufbau eines Tandemmoduls aus Perowskit- (oben) und CIGS-Solarzellen (unten) (Grafik: ZSW)

Tandemsolarzellen bestehen aus unterschiedlichen, übereinander geschichteten Solarzellen. Das Konzept elektrisiert viele Forscher: Die Schichten nutzen verschiedene Bereiche des Sonnenlichtspektrums besser aus als die jeweilige Einfachsolarzelle. Dadurch weisen die Mehrfachsolarzellen einen höheren Wirkungsgrad auf. Mittlerweile stehen mehrere Varianten von Tandemzellen zur Verfügung.

Bei der belgisch-deutschen Kooperation wandelt eine Perowskitzelle das Licht im sichtbaren Teil des Sonnenspektrums in Strom um, während das Licht im Infrarot-nahen Spektrum, das die Perowskitzelle durchdringt, von einer CIGS-Solarzelle aufgefangen wird. Beide Zelltypen sind in Dünnschichttechnologie herstellbar und eignen sich besonders für flexible Hocheffizienzsolarzellen und gebäudeintegrierte Photovoltaiklösungen.

Bei der Rekord-Tandemzelle ist die Perowskitsolarzelle über der CIGS-Zelle angeordnet. Die Tandemzelle besitzt vier Anschlüsse und basiert auf einem voll skalierbaren Beschichtungskonzept. So kann der Prozess industriell genutzt werden. Den neuen Spitzenwirkungsgrad erreichten die Wissenschaftler dank mehrerer Innovationen. Zum einen verbesserten sie die Transmission der Perowskitzelle für Licht im Infrarot-nahen Spektrum durch verbesserte transparente Elektroden. Zum anderen vergrößerten sie die Bandlücke des Perowskitmaterials auf 1,72 Elektronenvolt. Die Folge ist ein höherer Wirkungsgrad der Tandemsolarzelle.

Die CIGS-Zelle mit einer Größe von 0,5 Quadratzentimeter wurde in der Hocheffizienzanlage des ZSW unter Zuhilfenahme aller optimierten Prozesse hergestellt, die für die Fertigung von CIGS-Rekordzellen erforderlich sind. Weitere Verbesserungen dieser Technologie werden letztlich den Weg für Dünnschichtsolarzellen mit Wirkungsgraden von mehr als 30 Prozent ebnen.

Weitere Informationen: www.imec-int.com, www.solliance.eu, www.energyville.be und www.zsw-bw.de