Forscher des Heimholtz Zentrums Berlin (HZB) haben eine Tandem-Solarzelle entwickelt, die 32,5 % der Sonnenstrahlung in Strom umwandelt, ein neuer Weltrekord für diese Art von Technologie, so das Zertifizierungsinstitut European Solar Test Installation (ESTI) in Italien.
Die Zelle besteht aus einer Silizium-Unterzelle und einer Perowskit-Oberzelle. Tandemzellen übertreffen andere Technologien in der Effizienz, indem sie Zellschichten aus verschiedenen Materialien stapeln, um einen größeren Teil des Lichtspektrums zu gewinnen.
Mit der neuen Zelle übertrifft das HZB seinen bisherigen Rekord von 29,8 % Wirkungsgrad mit einem Tandem-Zellsatz aus dem vergangenen Jahr und den der Schweizer Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), die Anfang dieses Jahres einen Wirkungsgrad von 31,3 % mit einem ähnlichen erzielt hatte Technologie.
„Das ist ein wirklich großer Schritt nach vorne, mit dem wir vor ein paar Monaten nicht gerechnet hatten“, sagt Steve Albrecht, ein führender Tandemzellenforscher am HZB.
Obwohl der Wirkungsgrad von fast einem Drittel unter Laborbedingungen erreicht wurde, ist der Durchbruch besonders relevant, da das HZB eine von vielen Forschungseinrichtungen ist, die mit dem Schweizer Hersteller Meyer Burger zusammenarbeiten, was dies anstrebt Solarzellen mit mehr als 30 % Wirkungsgrad im industriellen Maßstab.
Durch Effizienzsteigerungen mit neusten Technologien will Meyer Burger die (viel grösseren) chinesischen Konkurrenten schlagen, deren Produkte meist recht günstig sind, aber auf Zelltechnologien (also PERC) basieren, die im kommerziellen Einsatz Wirkungsgrade von rund 23% oder rund 25 erreichen -26 % in einer Laborumgebung (TOPCon oder Heterojunction, eine Technologie, die auch von Meyer Burger entwickelt wird).
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Durch die Gewinnung eines größeren Anteils der Sonnenstrahlung können sich Solarzellen- und Modulhersteller einen Wettbewerbsvorteil gegenüber asiatischen Produzenten verschaffen, die auf einen heimischen Massenmarkt, günstige staatliche Finanzierung und niedrige Arbeitskosten zählen können.
Meyer Burger ist eines von vielen Unternehmen, das eines hat Wiederbelebung der Solarstromerzeugung in Europa (nachdem die billige chinesische Konkurrenz den einst mächtigen Sektor vor einem Jahrzehnt fast getötet hätte) – mit der von der EU unterstützten Europäischen Solarinitiative, die darauf abzielt, bis 2025 eine PV-Produktion von mindestens 20 GW wieder in der EU zu erreichen.
Es gibt sicherlich eine steigende Nachfrage nach Solarzellen und -paneelen in Europa, mit Erweiterungen der Solarenergiekapazität in der EU stieg in diesem Jahr um fast die Hälfte auf satte 41,1 GW.
„Wir freuen uns sehr über den neuen Wert, denn er zeigt, dass die Perowskit/Silizium-Tandem-Technologie vielversprechend ist, um zu einer nachhaltigen Energieversorgung beizutragen“, sagte Albrecht.
Der wissenschaftliche Geschäftsführer des HZB, Bernd Rech, ergänzt: „Der Solarzellenwirkungsgrad der HZB-Tandems liegt mit 32,5 Prozent nun in Bereichen, die bisher nur von 1 erreicht wurden teure III/V-Halbleiter [built with stacked sub-cells and based on costly materials such as gallium-indium-phosphide].“
Um den neuen Rekord zu erreichen, verwendeten die Forscher eine fortschrittliche Perowskit-Zusammensetzung mit einer, wie das HZB nennt, sehr cleveren Grenzflächenmodifikation.
Die Hauptautoren in Albrechts Team – Silvia Mariotti und Eike Köhnen – entwickelten eine Grenzflächenmodifikation zur Reduzierung von Trägerrekombinationsverlusten und führten detaillierte Analysen durch, um die spezifischen Eigenschaften der Grenzflächenmodifikation zu verstehen.
Diese Entwicklungen seien dann erfolgreich in Tandemsolarzellen umgesetzt worden, kombiniert mit weiteren optischen Verbesserungen, so das Forschungsinstitut.
