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Faszination Technik Der schnelle Fortschritt der Perowskit-Silizium-Tandemzelle

Quelle: Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie 1 min Lesedauer

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In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: wie die Forschung den Wirkungsgrad einer Tandemsolarzelle Stück für Stück verbessert.

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

Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie (HZB) haben erstmals genau beschrieben, wie eine Perowskit-Silizium-Tandemzelle funktioniert. Laut einer Mitteilung können diese Zellen aus einer Silizium-Unterzelle und einer Perowskit-Topzelle etwa ein Drittel der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrische Energie umwandeln. Das seien für eine vergleichsweise günstige Technologie Rekordwerte. Ein Team am HZB liefert nun erstmals die wissenschaftlichen Daten und beschreibt in der renommierten Fachzeitschrift Science, wie diese Entwicklung gelungen ist.

Bei sogenannten Tandemsolarzellen werden Solarzellen aus verschiedenen Materialien übereinander gestapelt. Ziel ist es, sowohl Licht mit kurzen Wellen als auch Licht mit langen Wellen absorbieren zu können. Dies soll den Wirkungsgrad, also die Umwandlung des Sonnenlichts in elektrischen Strom, verbessern können.

Wissenschaftlicher Wettstreit

Für seine Forschung hat das HZB sowohl Expertise zu Silizium-Hetero-Solarzellen als auch zu Perowskit-Solarzellen aufgebaut. Solarmodule auf Perowskit-Basis sind deutlich dünner als Siliziumzellen und gelten als günstig in der Herstellung.

Teams des HZB konnten Ende 2021 für Tandemsolarzellen aus Silizium und Perowskit den Rekordwert von 29,8 Prozent erzielen. Sie hatten dafür spezielle, periodische Nanotexturen in die Solarzellen eingebracht. Im Sommer 2022 meldete die Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz eine zertifizierte Tandemzelle mit 31,3 Prozent Effizienz. Von Dezember 2022 bis Mitte April 2023 lag der Weltrekord mit 32,5 Prozent wieder am HZB, bis das Kaust Photovoltaics Laboratory in Saudi-Arabien eine Perowskit-Silizium-Tandemzelle mit 33,2 Prozent im Labor demonstriert hat. Diesen konnte das Kaust im Mai 2023 sogar auf 33,7 Prozent erhöhen. Damit ist der Solarzellenwirkungsgrad bei Silizium-Perowskit-Tandemzellen jetzt in Bereichen, die bisher nur von teuren III/V Halbleitern erreicht wurden.

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