Optimale Bandlücke für hybride Tandem-Solarzelle aus Silizium und Perowskit
Schema des Aufbaus der Tandem-Zelle. © H. Cords/HZB
Tandemsolarzellen aus Silizium und Perowskit gelten als Hoffnungsträger für zukünftige hocheffiziente Solarmodule. Ein Team um den Perowskit-Pionier Henry Snaith, Universität Oxford, hat nun mit Bernd Rech und Lars Korte vom Helmholtz-Zentrum Berlin gezeigt, dass Wirkungsgrade von bis zu 30 Prozent für eine Perowskit-Silizium-Tandemzelle erreichbar sind. Sie haben dafür die chemische Zusammensetzung der Perowskit-Schicht systematisch variiert und so eine Bandlücke von 1,75 Elektronenvolt realisiert, die für die Energieumwandlung optimal ist. Ihre Arbeit ist nun in „Science“ publiziert.
Tandem-Solarzellen kombinieren unterschiedliche Solarzellen, um höhere Wirkungsgrade zu erzielen. Dabei ist die Kombination von Perowskit mit Silizium besonders interessant: Denn Perowskit wandelt Licht im sichtbaren Bereich in elektrische Energie um, während Silizium das Licht im nahinfraroten und infraroten Bereich nutzen kann (siehe auch IInfo vom 28. Oktober 2015). In Standard-Perowskit ist allerdings die so genannte Bandlücke mit ca. 1,6 Elektronenvolt noch etwas zu niedrig, um das Sonnenlicht optimal umzuwandeln.
Nun hat eine Kooperation zwischen dem Perowskit-Pionier Prof. Henry Snaith, University of Oxford, und den Silizium-Experten Prof. Bernd Rech und Dr. Lars Korte vom HZB-Institut für Siliziumphotovoltaik gezeigt, dass ein Wirkungsgrad von 30 % realistisch erreichbar scheint: Dafür haben sie gemeinsam eine Silizium-Perowskit-Tandemzelle konzipiert, bei der die beiden Zellen mechanisch aufeinander gestapelt und separat kontaktiert sind.
Das HZB-Team hat die Silizium-Zelle hergestellt, die die untere der beiden Zellen im Tandem bildet. Dem Team in Oxford gelang es, die Bandlücke des Perowskits auf 1,75 eV zu erhöhen, indem sie die chemische Zusammensetzung der Perowskit-Schicht systematisch variierten. Gleichzeitig konnten sie dadurch auch die chemische und thermische Stabilität der empfindlichen Perowskit-Schicht deutlich steigern.
Science 8 January 2016: Vol. 351 no. 6269 pp. 151-155
A mixed-cation lead mixed-halide perovskite absorber for tandem solar cells
- Marcel Risch wird Professor an der Freien Universität BerlinSeit August 2026 ist Marcel Risch Professor (W2-S) im Fachbereich Physik an der Freien Universität Berlin. Seine Nachwuchsgruppe wird zur Abteilung Mechanismen nachhaltiger Elektrokatalyse. Risch erforscht die fundamentalen Mechanismen elektrokatalytischer Reaktionen und entwickelt auf dieser Grundlage wissens- und datengetriebene Strategien zur Verbesserung von Elektrokatalysatoren für die nachhaltige Erzeugung von Wasserstoff, Kraftstoffen und Chemikalien.
- BESSY II: Aufgedampfte Perowskit-Schichten in Tandem-Solarzellen verbessertPerowskit-Silizium-Tandem-Solarzellen erzielen deutlich höhere Wirkungsgrade als reine Silizium-Solarzellen. Ein besonders attraktives Verfahren, um diese Tandem-Solarzellen zu produzieren, ist die Co-Verdampfung der Perowskit-Vorläufermoleküle auf die Silizium-Teilzelle. Ein Team am HZB hat nun das Schichtwachstum auf Nanometerskala an BESSY II analysiert und einen neuen Weg gefunden, die Qualität der Perowskit-Schicht zu verbessern: Das Einbringen einer dünnen Keimschicht aus Cäsiumchlorid zwischen die beiden Teilzellen fördert ein gleichmäßiges Perowskit-Wachstum und unterdrückt die Bildung von unerwünschtem Bleijodid an der Grenzfläche.
- Hatice Mutlu an das Helmholtz-Institut HIPOLE in Jena berufenProf. Dr. Hatice Mutlu ist neue Professorin für Nachhaltige Polymerchemie am HIPOLE Jena, dem Helmholtz-Institut für Polymere in Energieanwendungen. Am 17. August 2026 besuchte sie den HZB-Campus in Berlin-Adlershof, besichtigte die Röntgenquelle BESSY II und tauschte sich mit Forschenden und der Geschäftsführung über die künftige Zusammenarbeit aus.