Effizienteste Tandemsolarzelle: Helmholtz-Zentrum Berlin holt Rekord zurück
Solarmodule sollen effizient und nicht teuer sein. Das Helmholtz-Zentrum Berlin hat mit Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen einen Effizienzrekord aufgestellt.
Die weiterentwickelte Tandemsolarzelle des Helmholtz Zentrums Berlin arbeitet besonders effizient.
(Bild: Johannes Beckedahl/Lea Zimmerman/HZB)
Forschende des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) haben den Effizienzrekord von Tandemsolarzellen gebrochen, wie das HZB am Montag mitteilte. Die Kombination aus einer Silizium-Unterzelle und einer Perowskit-Topzelle ist in der Lage, 32,5 Prozent der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrische Energie umzuwandeln. Damit hat sie den bisherigen Rekord der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) von 31,3 Prozent überboten, die als erste die 30-Prozent-Marke geknackt hatte. Davor hielt das HZB den Rekord.
Die Effizienz der Tandemsolarzelle des HZB hat die European Solar Test Installation (ESTI) mit unabhängigen Messungen bestätigt. Den Wert hat das in den USA ansässige National Renewable Lab bereits in ihre Bestenliste für Forschungs-Solarzellen aufgenommen, die seit 1976 geführt wird.
Die Verbesserungen der Effizienz erreichten die Teams des Photovoltaikkompetenzzentrums (PVcomB) und dem HySprint Innovation Lab des HZB durch eine verbesserte Perowskit-Verbindung und eine Modifikation der Oberfläche, wie es in der Mitteilung des HZB heißt. Die Perowskit-Topzelle verwertet die blauen Lichtanteile, die roten Lichtanteile inklusive der Anteile im nahinfraroten Bereich wandelt die Silizium-Unterzelle. Die beiden Forschenden Silvia Mariotti und Eike Köhnen, Postdocs am HZB und Erstautoren der zugrunde liegenden Studie haben eine Grenzflächenmodifikation entwickelt, die die Verluste bei der Ladungsrekombination deutlich reduzierten. Zusätzlich wurden optische Verbesserungen erzielt und die Forschungsergebnisse auf die Tandemzelle angewendet.
Die neuen Änderungen führten zu Höchstwerten bei der Photospannung (Leerlaufspannung) und zur höheren Effizienz von 32,5 Prozent.
(Bild: NREL)
Professor Bernd Brech, wissenschaftlicher Geschäftsführer des HZB sieht einen deutlichen Fortschritt bei der Entwicklung des Solarzellenwirkungsgrades: "Mit 32,5 Prozent ist der Solarzellenwirkungsgrad der HZB-Tandems jetzt in Bereichen, die bisher nur von teuren III/V Halbleitern erreicht wurden. In den NREL-Chart ist grafisch deutlich zu erkennen, wie spektakulär gerade die letzten beiden Steigerungen von EPFL und HZB sind."
Kommerzielle Nutzung
Noch handelt es sich bei den Silizium-Perowskit-Tandemsolarzellen um Forschungsprojekte. Allerdings will das schweizerische Unternehmen Meyer Burger, Entwickler und Produzent von Hochleistungssolarzellen und -modulen, das ändern und Produktionsprobleme lösen, wie das Unternehmen Mitte Dezember 2022 mitteilte. Zusammen mit einem Konsortium aus Centre Suisse d’Electronique et de Microtechniqu (CSEM), Helmholtz-Zentrum Berlin, Fraunhofer ISE und der Universität Stuttgart soll die Tandemsolarzellen-Technik in die Massenproduktion gebracht werden, um effizientere Photovoltaikmodule anbieten zu können.
(olb)