Maximale Effizienz, minimaler Einsatz

Die a-Si:H-Unterzellen werden auf dem transparenten Frontkontakt (AZO) abgeschieden, als Rückkontakt dient eine ITO-Schicht. Die organische Sub-Zelle besitzt einen Frontkontakt aus leitfähigem PEDOT und einen metallischen Rückkontakt.

Die a-Si:H-Unterzellen werden auf dem transparenten Frontkontakt (AZO) abgeschieden, als Rückkontakt dient eine ITO-Schicht. Die organische Sub-Zelle besitzt einen Frontkontakt aus leitfähigem PEDOT und einen metallischen Rückkontakt. © Uni Potsdam

Dünnschichtsolarzelle auf Siliziumbasis nutzt mit organischer Zusatzschicht auch infrarotes  Licht 

Die neue hybride Solarzelle ist aus zwei extrem dünnen amorphen Siliziumschichten sowie einer organischen Schicht aufgebaut, zusammen sind ihre aktiven Schichten nicht dicker als einen Mikrometer. Trotz minimalem Materialeinsatz erreicht die Hybridzelle damit einen Rekord-Wirkungsgrad von 11,7 %. Die organische Schicht besteht aus so genannten „Fußballmolekülen“ oder Fullerenen, die mit halbleitenden Polymeren gemischt sind. Diese Schicht wandelt auch noch das Infrarotlicht in elektrische Energie um, das in den Siliziumschichten nicht genutzt werden kann.

Die komplementäre Verbindung organischer und anorganischer Materialien in einer Stapelzelle ist eine vielversprechende Option für Solarzellen der Zukunft. Die Zelle wurde im Rahmen des BMBF-Programms „Spitzenforschung und Innovation  in den Neuen Ländern“ gemeinsam von Teams der Universität Potsdam und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) entwickelt, die ihre Arbeit nun im renommierten Fachmagazin „Advanced Materials“ publiziert haben.

Grundbaustein der Zelle ist eine sehr dünne Schicht aus amorphem Silizium, die mit Wasserstoff durchsetzt ist (a-Si:H). Solche einfachen Dünnschicht-Solarzellen erreichen nur geringe Wirkungsgrade und nutzen lediglich Photonen im blauen und grünen Bereich des Lichtspektrums.

Steffen Roland, Doktorand aus der Gruppe von Professor Dr. Dieter Neher an der Universität Potsdam, und Sebastian Neubert, Doktorand aus der Gruppe von Professor Dr. Rutger Schlatmann vom Kompetenzzentrum Dünnschicht- und Nanotechnologie für Photovoltaik (PVcomB) des HZB, haben diese Schicht zunächst um eine weitere a-Si:H-Schicht zu einer Tandemzelle erweitert und zusätzlich eine organische Schicht aufgebracht, die es ermöglicht, auch infrarotes Licht in elektrische Energie umzuwandeln. So konnten sie den Wirkungsgrad der Triplezelle  auf über 11 % steigern. Gleichzeitig ist diese Solarzellenarchitektur deutlich beständiger gegenüber Alterungseffekten. Dieser Erfolg zeigt eindrucksvoll, wie die enge Zusammenarbeit von Doktoranden aus unterschiedlichen Fachrichtungen (organische Halbleiter und  anorganische Halbleiter) zu neuen Devicestrukturen mit verbesserten Eigenschaften führt.

„Die Zelle lässt sich einfach mit etablierten Dünnschichttechnologien herstellen, die industriegängig und auch für die Produktion von großen Folien geeignet sind“, erklärt Rutger Schlatmann. Und Dieter Neher fügt an: „Die hohen Absorptionskoeffizienten der a-Si:H-Schichten und die Eigenschaften der organischen Schicht ermöglichen eine aktive Schichtstruktur, die nicht dicker als einen Mikrometer ist, das ist maximale Effizienz mit minimalem Einsatz!“.

Article first published online 7 January 2015 in Advanced Materials: Hybrid Organic/Inorganic Thin-Film Multijunction Solar Cells Exceeding 11% Power Conversion Efficiency
DOI: 10.1002/adma.201404698

arö

  • Link kopieren

Das könnte Sie auch interessieren

  • Leitender Sasol-Forscher kommt als Industrial Research Fellow ans HZB
    Nachricht
    11.02.2025
    Leitender Sasol-Forscher kommt als Industrial Research Fellow ans HZB
    Das HZB arbeitet mit dem südafrikanischen Unternehmen Sasol im Projekt CARE-O-SENE an nachhaltigem Kerosin für die Luftfahrt (SAF) und entwickelt dafür innovative Katalysatoren. Nun verstärkt sich die Zusammenarbeit: Mit Dr. Denzil Moodley kommt ein leitender Wissenschaftler aus dem Bereich Fischer-Tropsch bei Sasol Research and Technology an das HZB. Moodley wird am HZB seine Expertise einbringen, mit dem Ziel, den Innovationszyklus für nachhaltige Kraftstofftechnologien zu beschleunigen.
  • Vortragsreihe zu BIPV auf der Inolope Expo 2025
    Nachricht
    06.02.2025
    Vortragsreihe zu BIPV auf der Inolope Expo 2025
    Das Helmholtz-Zentrum Berlin und BAIP - Beratungsstelle für Bauwerkintegrierte Photovoltaik sind Partner der Inolope Expo 2025 – der Business-Plattform für innovative Gebäudehüllen.

    An unserem Stand 7.F02 laden wir zu Gesprächen  und Informationen zu BIPV ein. An zwei Tagen präsentieren wir praxisorientierte Vorträge zum Thema bauwerkintegrierte Photovoltaik und Insights zu unserem Real-labor Testinghalle. Hier erfahren Sie, wie Sie mit solarer Architektur auf innovative, ästhetische und nachhaltige Weise gestalten.

  • HZB schafft erneut Weltrekord bei CIGS-Pero-Tandemsolarzellen
    Nachricht
    04.02.2025
    HZB schafft erneut Weltrekord bei CIGS-Pero-Tandemsolarzellen
    Durch die Kombination von zwei Halbleiterdünnschichten zu einer Tandemsolarzelle sind hohe Wirkungsgrade bei minimalem ökologischem Fußabdruck erreichbar. Teams aus dem HZB und der Humboldt-Universität zu Berlin haben nun eine Tandemzelle aus CIGS und Perowskit vorgestellt, die mit einem Wirkungsgrad von 24,6 % den neuen Weltrekord hält. Dieser Wert wurde durch das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE zertifiziert.