Tandemsolarzelle erzielt Weltrekord

Seit einigen Jahren treiben Forschungseinrichtungen weltweit den Wirkungsgrad von Solarzellen nach oben. Mitte Dezember vermeldet das Helmholtz-Zentrum in Berlin HZB einen neuen Weltrekord. So konnten die Wissenschaftler in Adlerhof an einer Tandemsolarzelle aus einer Silizium-Unterzelle und einer Perowskit-Topzelle nachweisen, dass 32,5% einfallender Sonnenstrahlung in elektrische Energie umgewandelt wird.

Tandemsolarzelle nutzt Dünnschichten, um Sonnenlicht optimal zu verwerten

Erst im Sommer konnte am EPFL in Lausanne/Schweiz die 30%-Marke in Sachen Wirkungsgrad mit einem Wert von 31,3% an einer zertifizierten Tandemzelle geknackt werden. Mit einem besonderen Aufbau aus mehreren Dünnschichten, die dazu beitragen, das Licht optimal zu verwerten, konnte das Helmholtz-Zentrum den Wirkungsgrad nochmals deutlich steigern.

Die Tandemsolarzelle arbeitet mit einer Unterzelle aus Silizium, die die roten und nahinfraroten Anteile des Lichtspektrums verwertet. Die blauen Lichtanteile werden hingegen von der Perowskit-Topzelle umgewandelt. Den deutlichen Fortschritt führen die Wissenschaftler auf eine besonders raffinierte Technologie zur Modifikation der Oberfläche sowie eine verbesserte Perowskit-Verbindung zurück.

Die Studienautoren Dr. Silvia Mariotti und Dr. Eike Köhnen haben eine Grenzflächenmodifikation entwickelt, bei der die Verluste der Ladungsrekombination weitgehend unterdrückt sind. Darüber hinaus wurden spezielle analytische Messmethoden genutzt, um die grundlegenden Wirkungsmechanismen besser zu verstehen.

„Dies ist ein wirklich großer Sprung nach vorne, den wir vor einigen Monaten noch nicht vorhergesehen haben. Alle beteiligten Teams am HZB, speziell die Teams aus dem PV-Kompetenzzentrum (PVcomB) und dem HySPRINT Innovation Lab, haben hier hervorragend und mit großer Hingabe zusammengearbeitet“, sagt Prof. Steve Albrecht. „Der Effizienzsprung zeigt das hohe Potenzial der Perowskit/Silizium-Tandemsolarzellen, in den nächsten Jahren zu einer nachhaltigen Energieversorgung und zur Zeitenwende beizutragen.

„Mit 32,5 Prozent ist der Solarzellenwirkungsgrad des HZB-Tandems jetzt in Bereichen, die bisher nur von teuren III/V Halbleitern erreicht wurden“, ordnet Prof. Bernd Rech (wissenschaftlicher Geschäftsführer des HZB) den Entwicklungserfolg ein. Fraunhofer Forscher arbeiten derzeit an Vierfachsolarzellen und haben in dieser Kategorie Mitte 2022 den Weltrekord auf über 50% geschraubt.

Wirkungsgrade der besten Forschungsergebnisse im Vergleich: www.nrel.gov/pv/assets/pdfs/cell-pv-eff-emergingpv.pdf