Forscher aus Deutschland haben eine Tandem-Perowskit-Silizium-PV-Zelle entwickelt, die geringere Reflexionsverluste und eine verbesserte Leerlaufspannung aufweisen soll. Sie demonstrierten ein Gerät mit periodischen Submikrometer-Nanotexturen und einem verbesserten Heckreflektordesign.
Eine Forschungsgruppe unter der Leitung des deutschen Forschungsinstituts Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH hat eine Tandem-Perowskit-Silizium-Solarzelle auf der Grundlage periodischer Nanotexturen im Submikrometerbereich und einem verbesserten Design des Rückreflektors demonstriert.
In der Studie „Nanooptische Designs für hocheffiziente monolithische Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen,“ veröffentlicht in Natur NanotechnologieDie Wissenschaftler erklärten, dass die von ihnen in der Zelle verwendete weiche sinusförmige Nanotextur die Vorteile der Strukturierung der Siliziumoberfläche bei gleichzeitiger Beibehaltung einer hohen Materialqualität des lösungsprozessierten Perowskits kombiniert.
„Wir zeigen, dass die Nanotexturierung im Vergleich zu ihrem planaren Gegenstück eine erhebliche Verringerung der Reflexionsverluste bewirkt, die durch die hervorragenden Filmbildungseigenschaften ermöglichte Fertigungsausbeute erheblich verbessert und die Leerlaufspannung um 15 mV erhöht“, erklärten sie.
Unter Verwendung von UV-Nanoimprint-Lithographie, reaktivem Ionenätzen und nasschemischem Ätzen baute die deutsche Gruppe die Zelle mit einem Reflektor mit einer dielektrischen Pufferschicht (RDBL) auf der Rückseite der Siliziumbodenzelle und einer sinusförmigen Nanostruktur auf der Vorderseite.
Das Team entwarf das Tandemgerät mit einem passivierten Kontakt aus einer Schicht aus hydriertem nanokristallinem Siliziumkarbid (nc-SiC:H(n)), dotiertem Indiumoxid als transparentem leitendem Oxid (TCO), einer selbstorganisierten Monoschicht aus Methylsubstanztätowiert Carbazol (Me-4PACz) als Lochtransportschicht und ein Perowskit-Absorber. Die Silizium-Silizium-Bodenzelle hat eine Größe von 2,5 × 2,5 cm2 und 1,1 cm2 Kontaktbereich in der Mitte.
„Das RDBL besteht aus einem Siliziumoxid (SiO2) Pufferschicht zwischen dem TCO und dem silbernen Rückreflektor, wodurch parasitäre Absorptionsverluste reduziert werden. Ein Silbergitter, das 4 % der aktiven Fläche einnimmt, wird vor SiO platziert. Siebdruck auf dem TCO2 Abscheidung, um den elektrischen Kontakt zwischen TCO und Ag herzustellen“, erklärten sie weiter.
Experten aus Deutschland Fraunhofer ISE CallLab testete die Leistung der Solarzelle und stellte fest, dass sie eine Stromumwandlungseffizienz von 29,80 %, eine Leerlaufspannung von 1,92 V, einen Kurzschlussstrom von 19,56 mA cm erreichte−2und einem Füllfaktor von 79,4 %. Die Wissenschaftler sagten, dass diese Kurzschlussstrompegel sowohl für die obere Perowskitzelle als auch für die untere Siliziumzelle zu den höchsten Werten gehören, die in der Literatur bisher für zweipolige Tandem-Perowskit-Siliziumzellen berichtet wurden.
„Eine Sensitivitätsanalyse zeigt ferner, dass die Nanotexturen die Robustheit der Leistung gegenüber Abweichungen von der optimalen Dicke der nanokristallinen Siliziumoxidschicht deutlich verbessern – ein wichtiger Aspekt im Zusammenhang mit der Industrialisierung der Tandemtechnologie und der Verarbeitung in größeren Bereichen“, schlossen sie.
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