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Tandemzellen aus Silizium und Perowskit

Sonnenlicht effizienter in elektrische Energie umwandeln

28. Februar 2022, 15:51 Uhr | Kathrin Veigel

Auf einer Standard-Silizium-Zelle hat das HZB-Team eine Perowskit-Topzelle aufgebracht. Diese Tandem-Solarzelle könnte mit weiteren Optimierungen hohe Wirkungsgrade erreichen.

Die Massenfertigung von Silizium-Solarzellen nutzt so genannte PERC-Zellen, sie gelten als »Arbeitspferde« der Photovoltaik. Nun haben zwei Forscher-Teams gezeigt, dass solche Standard-Silizium-Zellen als Basis für Tandemzellen mit Perowskit-Topzellen geeignet sind.

Forschern des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) ist es zusammen mit Wissenschaftlern des Instituts für Solarenergie-Forschung in Hameln (ISFH) erstmals gelungen, eine Perowskit-Topzelle mit einer so genannten PERC/POLO-Silizium-Zelle zu einem Tandem-Bauelement zu kombinieren. Das Besondere: PERC-Silizium-Zellen auf p-typ-Silizium haben einen Marktanteil von mehr als 50 Prozent aller weltweit produzierten Solarzellen. Sie sind weitgehend optimiert, temperatur- und langzeitstabil. Deshalb ist es für die Kommerzialisierung einer Perowskit-Silizium-Tandem-Technik besonders interessant, ein Perowskit-Tandem-Upgrade für PERC-Zellen zu entwickeln.

Das Team am ISFH hat für den Rückseiten-Kontakt der Silizium-Bottomzellen einen industriekompatiblen PERC-Prozess genutzt. Auf der Vorderseite des Wafers kam mit dem sogenannten POLO-Kontakt eine weitere industrialisierbare Technologie zum Einsatz, die hier für die kleinflächigen Proof-of-Concept-Zellen angepasst wurde.

Die weiteren Prozess-Schritte fanden am HZB statt: Eine zinndotierte Indiumoxid-Rekombinationsschicht wurde als Kontakt zwischen den beiden Teilzellen aufgebracht. Darauf wurde eine Perowskit-Zelle mit einer Schichtfolge prozessiert, die der in der aktuellen HZB-Weltrekord-Tandem-Zelle auf n-typ-Silizium-Heterojunction-Zellen ähnelt.

Die ersten so produzierten Perowskit-PERC/POLO-Tandemzellen erreichen auf einer aktiven Zell-Fläche von circa 1 cm² einen Wirkungsgrad von 21,3 Prozent. Dieser Wirkungsgrad liegt in dieser Machbarkeitsstudie also noch unterhalb des Wirkungsgrads von optimierten PERC-Zellen. Erste experimentelle Ergebnisse und optische Simulationen würden aber darauf hindeuten, dass sich die Leistung durch Prozess- und Schichtoptimierung erheblich verbessern lässt.

Die Experten schätzen das Potenzial für den Wirkungsgrad dieser Perowskit/Silizium-Tandemsolarzellen mit PERC-ähnlicher Unterzellentechnologie auf 29,5 Prozent.