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Weltrekord bei Tandemsolarzellen

Ein Team um Prof. Dr. Steve Albrecht, Leiter des Fachgebiets „Perowskit Solarzellen“ an der TU Berlin und der Abteilung „Perowskit Tandemsolarzellen“ am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB), hat einen neuen Weltrekord für Tandemsolarzellen aufgestellt. Mit einer Silizium-Unterzelle und einer Perowskit-Topzelle erreichten die Forschenden einen Wirkungsgrad von 32,5 Prozent, mit dem die einfallende Sonnenstrahlung in elektrische Energie umgewandelt wird. Das Zertifizier-Institut European Solar Test Installation (ESTI) in Italien hat die Tandemzelle vermessen und diesen Wert offiziell bestätigt. Außerdem wurde der Wert in die NREL-Übersicht zu Solarzelltechnologien eingetragen, die vom National Renewable Energy Lab, USA, gepflegt wird.

Die Postdocs Dr. Silvia Mariotti und Dr. Eike Köhnen, der in der Arbeitsgruppe von Steve Albrecht an der TU Berlin promoviert hat, haben eine Grenzflächenmodifikation für Solarzellen entwickelt, bei der die Verluste der Ladungsrekombination weitgehend unterdrückt sind. Zudem haben die beiden Erstautor*innen der Studie spezielle analytische Messmethoden angewendet, um die grundlegenden Prozesse besser zu verstehen. Diese Entwicklungen wurden anschließend erfolgreich in Tandemsolarzellen übertragen und durch die Masterstudentin Lea Zimmermann mit weiteren optischen Verbesserungen kombiniert.

In den letzten Jahren gab es eine kontinuierliche Steigerung der Wirkungsgradwerte durch verschiedene Forschungseinrichtungen und Photovoltaik-Firmen weltweit. Verschiedene Teams vom HZB konnten Ende 2021 einen Rekordwert von knapp unter 30 Prozent (29,8 Prozent) erzielen. Sie hatten dafür spezielle, periodische Nanotexturen in die Solarzellen eingebracht. Im Sommer dieses Jahres konnte dann die Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Schweiz, diesen Wert nochmals deutlich übertreffen und als erste weltweit die 30-Prozent-Barriere durch eine zertifizierte Tandemzelle mit 31,3 Prozent Effizienz knacken.

Nun liegt der Höchstwert mit 32,5 Prozent jedoch wieder am HZB. „Wir freuen uns sehr über den erneuten deutlichen Effizienzsprung. Dieser zeigt das hohe Potenzial der Perowskit/Silizium-Tandemsolarzellen, in den nächsten Jahren zu einer nachhaltigen Energieversorgung und zur Zeitenwende beizutragen“, sagt Steve Albrecht.

Pressemitteilung des Helmholtz Zentrums Berlin

Foto der Perowskit/Silizium-Tandemsolarzelle. Zu sehen ist die aktive bläuliche Fläche in der Mitte des Wafers, die von der metallischen, silbrigen Elektrode eingeschlossen wird. © Johannes Beckedahl/Lea Zimmerman/HZB

Foto der Perowskit/Silizium-Tandemsolarzelle. Zu sehen ist die aktive bläuliche Fläche in der Mitte des Wafers, die von der metallischen, silbrigen Elektrode eingeschlossen wird.