Tandem-Photovoltaik auf der Basis von Perowskiten

 

Das Aufkommen von Perowskit-Halbleitern bietet eine neuartige Möglichkeit, den Wirkungsgrad der marktbeherrschenden Photovoltaik-Technologien auf der Basis von c-Si und CIGS in sogenannten Tandem-Solarzellen zu verbessern. Darüber hinaus können Perowskit-Halbleiter mit geeigneter Bandlücke in Vollperowskit-Tandemzellen kombiniert werden. Die Weiterentwicklung dieser Technologien ist ein Schwerpunkt der Forschungstätigkeit unseres Teams [1] [2]. Der entscheidende Vorteil eines solchen Tandem-Photovoltaik-Solarmoduls liegt in der effizienten Ausnutzung des Sonnenspektrums [3] [4]. Das energiereiche Licht wird mit hohem Wirkungsgrad in der oberen Perowskit-Solarzelle geerntet, während das energiearme Licht in der unteren c-Si-, CIGS- oder Perowskit-Solarzelle geerntet wird [5] [6]. Gemeinsam mit unseren Forschungspartnern erforschen, entwickeln und prototypisieren wir hocheffiziente Mehrfachsolarzellen aus Perowskit/C-Si und photovoltaische Solarzellen aus Perowskit/CIGS.

Abbildung 1: Die Tandem-Photovoltaik auf Perowskit-Basis nutzt effizient das AM1,5G-Sonnenspektrum. Das energiereiche Licht wird in der oberen Perowskit-Solarzelle geerntet, das energiearme Licht in der unteren Solarzelle (z. B. c-Si, CIGS oder Perowskit).

 

Tandem-Solarzellen auf Perowskit-Basis mit unteren Solarzellen aus c-Si oder CIGS.

Unser Team befasst sich mit der Erforschung und Entwicklung neuartiger Materialien, Prozesse und Gerätearchitekturen für hocheffiziente Tandem-Photovoltaik auf Perowskit-Basis. In Zusammenarbeit mit unseren Partnern haben wir hochmoderne Tandem-Solarzellen mit hohen Wirkungsgraden demonstriert.[5] [6]

Abbildung 2: Schematische Darstellung und Sekundärelektronenmikroskopie (SEM) einer Tandemsolarzelle mit 4 Anschlüssen aus Perowskit/CIGS. Die Strom-Spannungs-Kennlinien zeigen einen gemessenen Wirkungsgrad von 27,3 %.

 

All-Perowskit-Tandem-Solarzellen.

Ganzperowskit-Tandemsolarzellen kombinieren Perowskit-Halbleiter mit breiter Bandlücke und niedriger Bandlücke. Während die Forschung an Perowskit-Top-Solarzellen mit breiter Bandlücke in den letzten Jahren Fortschritte bei Stabilität und Leistung gezeigt hat, hinken die Kandidaten mit niedriger Bandlücke hinterher. In einer kürzlich durchgeführten Studie haben wir eine Strategie zur Kontrolle der Morphologie von Perowskit-Dünnschichten mit niedriger Bandlücke entwickelt, die Vollperowskit-Tandemsolarzellen mit einem Wirkungsgrad von über 23 % ermöglicht [6]. Künftige Forschungsarbeiten werden sich mit der Entwicklung stabilerer Materialien und Tandemarchitekturen mit minimalen optischen und elektrischen Verlusten befassen müssen [7].

Abbildung 3: Foto der Messung der externen Quanteneffizienz (EQE) einer Tandemsolarzelle auf Perowskit-Basis.