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Weltrekord-Effizienz – Entscheidende Fortschritte bei gestapelten Perowskit-Solarzellen

Zwei Hände, die ein Bauteil für eine Solarzelle halten.
Zwei Finger, dazwischen ein Teil einer Solarzelle, daneben zwei Felder, die Messwerte visualisieren
Photo : Tobias Hopfgarten
Charakterisierung von Tandemsolarzellen im Labor
Photo : Felix Lang
Links: Foto der 1 cm2 großen Perowskit/Perowskit-Tandemsolarzelle. Rechts: Elektrolumineszenz (EL)-Aufnahmen der Kontroll- und SAM-basierten Zellen, die die verbesserte Homogenität und EL-Intensität zeigen.

Um von fossilen Energiequellen unabhängig zu werden ist es nötig, Solarzellen zu verbessern und ihre Energieeffizienz zu steigern. Prof. Dewei Zhao von der Sichuan University, China, und sein internationales Team - mit Beteiligung der Universität Potsdam - berichten in der Zeitschrift „Nature“ über Forschungsfortschritte bei Perowskit-Solarzellen. Konkret entwickelten sie 1 cm2 große Perowskit/Perowskit-Tandemsolarzellen, deren Leistung durch eine verbesserte Grenzflächenqualität der von monokristallinen Silizium-Zellen gleichkommt oder gar übertrifft.

Tandemsolarzellen aus Perowskit sind wegen ihrer geringen Herstellungskosten und der Möglichkeit, den theoretischen Wirkungsgrad von Einzelschicht-Solarzellen zu übersteigen, von großem Interesse. Nach wie vor bestehen jedoch wissenschaftliche und technische Herausforderungen, insbesondere im Hinblick auf die Stabilität und die zukünftige Massenproduktion. Um die Homogenität des Perowskit-Absorbers und die Grenzflächenqualität zu verbessern und damit die Leistung der Solarzellen zu steigern, müssen neuartige Ladungstransportmaterialien entwickelt werden.

Der Physiker Dr. Felix Lang, Leiter der ROSI Group an der Universität Potsdam und Co-Erstautor des Artikels, sowie Mitglieder der PotsdamPero Group unter der Leitung von Dr. Martin Stolterfoht haben zur Studie beigetragen, in der eine neuartige selbstorganisierende Monolage (self-assembled monolayer, SAM) entwickelt wurde. Dieses SAM fungiert als Lochtransportmaterial in Perowskit-Solarzellen, bei denen die Perowskitschicht in der Regel zwischen einer Lochtransportschicht und einer Elektronentransportschicht eingebettet ist. Es besitzt eine einzigartige räumlich verzerrte Struktur, die das Wachstum großflächiger Perowskitlagen erleichtert. Gleichzeitig werden die Fähigkeiten zum Ladungstransport und zur Ladungsextraktion an der Grenzfläche zur Perowskitschicht verbessert. „Das kann man durch eine Aufnahme der Elektrolumineszenz veranschaulichen (siehe Abbildung), also indem man die Solarzelle als LED betreibt“, erklärt Felix Lang. Das neue Monolagen-Material ermöglicht die Herstellung von Perowskit/Perowskit-Tandemsolarzellen mit einer zertifizierten Weltrekord-Effizienz von 26,4 Prozent.

Link zur Publikation: He, R., Wang, W., Yi, Z., Lang F. et al. & Zhao, D. All-perovskite tandem 1 cm2 cells with improved interface quality. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05992-y