Nachwuchsgruppe Perowskit Tandemsolarzellen

Die Nachwuchsgruppe Perowskit Tandemsolarzellen forscht an dem organisch-anorganischen Material Perowskit, das eine der größten Überraschungen in der Solarzellenforschung ist: In nur sechs Jahren hat sich der Wirkungsgrad von Perowskit-Solarzellen verfünffacht, darüber hinaus können Perowskit-Schichten aus Lösung hergestellt und in Zukunft kostengünstig auf großer Fläche gedruckt werden.

Interessant aber schwer zu kombinieren: Perowskit mit Silizium

Schichten aus anorganisch-organischen Perowskiten wandeln das Licht im sichtbaren Sonnenspektrum sehr effizient in Elektrizität, wenn diese in einer Solarzelle eingesetzt werden. Daher ist es interessant, sie mit Silizium-Schichten, die vor allem das nahinfrarote Licht effizient ausnutzen, in einer Tandemsolarzelle zu kombinieren. Dies ermöglicht die effiziente Umwandlung eines weiten Bereiches des Sonnenspektrums in elektrische Energie. Doch praktisch ist der Bau solcher monolithischer Tandemzellen aus einer Abfolge von aufeinander abgeschiedenen Schichten sehr komplex. Um das hohe theoretische Potential dieser faszinierenden Tandemtechnologie optimal auszunutzen, müssen beide Teil-Zellen im elektrischen Photostrom angeglichen sein. Dazu müssen neben allen Schichtdicken im Stapel und auch die Bandlücke des Perowskiten über die chemische Zusammensetzung genau eingestellt werden. Es gibt jedoch Bereiche der Komposition, in denen keine Photo-stabile Verbindung vorherrscht und es müssen die Gründe dafür herausgefunden und eliminiert werden. Weiterhin besteht der optische Stapel aus einer Vielzahl von verschiedenen Schichten mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften. Für die Reduktion von Reflektionsverlusten kommen auch mikro- oder nanoskopisch texturierte Oberflächen ins Spiel, die beim Lichteinfang helfen. Folglich muss das Lichtmanagement mit Hilfe von 3D Simulationen genau verstanden und optimiert werden. Um beide Teilzellen bestmöglich miteinander zu verbinden wird eine Verbindungsschicht benötigt, die geringe elektrische Verluste bei höchster Transmission vereint. Den höchsten Wirkungsgrad erreichen die Tandemsolarzellen nur, wenn die Leerlaufspannungen beider Teilzellen äußerst hoch sind. Daher gilt es speziell bei der Perowskit Top-Zelle die Grenzflächenrekombination an den Kontaktschichten zu reduzieren. Durch das Verständnis und die Reduktion von nicht-strahlenden Verlusten kann die Effizienz dieser zukunftsweisenden Tandemsolarzelle auf über 30% erhöht werden.