HZB schafft erneut Weltrekord bei CIGS-Pero-Tandemsolarzellen
© G. Farias Basulto / HZB
Die Tandemzelle kombiniert CIGS und Perowskit und erreicht einen zertifizierten Rekordwirkungsgrad von 24,6 %. © G. Farias Basulto / HZB
Unter dem Rasterelektronenmikroskop sind die wichtigsten Komponenten deutlich sichtbar: auf der Kontaktschicht befinden sich körnige CIGS-Kristalle, darauf eine Zwischenschicht aus Aluminium-dotiertem Zinkoxid, über der die extrem dünne Perowskitschicht (schwarz) liegt. Darüber wurden eine Indium-dotierte Zinkoxidschicht und eine Antireflexbeschichtung aufgebracht. © HZB
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.
Dünnschicht-Solarzellen benötigen wenig Energie und Material für ihre Herstellung und zeichnen sich damit durch einen sehr geringen ökologischen Fußabdruck aus. Neben den bekannten und marktführenden Silizium-Solarzellen gibt es auch Dünnschicht-Solarzellen, z.B. auf Basis von Kupfer, Indium, Gallium und Selen, so genannte CIGS-Zellen. CIGS-Dünnschichten lassen sich sogar auf biegsame Unterlagen auftragen.
Nun haben Expertinnen und Experten am HZB gemeinsam mit der Humboldt-Universität zu Berlin eine neue Tandemsolarzelle entwickelt, die eine Unterzelle aus CIGS mit einer Oberzelle auf Basis von Perowskit kombiniert. Durch eine Verbesserung der Kontaktschichten zwischen der oberen und unteren Zelle gelang es, den Wirkungsgrad auf nun 24,6 % zu steigern. Dies ist der aktuelle Weltrekord, der Wert wurde durch das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg zertifiziert.
Dieser Rekordwert konnte wie immer nur durch eine erfolgreiche Teamleistung gelingen: Die Topzelle hat TU Berlin-Masterstudent Thede Mehlhop, betreut durch Stefan Gall, hergestellt. Die Perowskit-Absorberschicht stammt aus dem gemeinsamen Labor des HZB mit der Humboldt-Universität zu Berlin. Die CIGS-Unterzelle sowie die Kontaktschichten fertigte HZB-Forscher Guillermo Farias Basulto an. Dabei nutzte er auch die leistungsstarke Clusteranlage KOALA, die am HZB die Beschichtung von Perowskiten und Kontaktschichten im Vakuum ermöglicht.
„Wir haben am HZB hochspezialisierte Labore und eben auch Fachleute, die in ihrem Gebiet Spitzenleistungen erbringen. Mit dieser Weltrekord-Tandemzelle haben sie wieder einmal gezeigt, wie fruchtbar sie zusammenarbeiten“, sagt Prof. Rutger Schlatmann, Sprecher des Fachbereichs Solarenergie am HZB.
Der jetzt gemeldete Rekord ist nicht der erste Weltrekord am HZB: HZB-Teams haben bereits mehrfach bei Tandemsolarzellen Weltrekordwerte erzielt, zuletzt bei Silizium-Perowskit-Tandemsolarzellen, aber auch schon mit der Kombination CIGS-Perowskit.
„Wir sind zuversichtlich, dass CIGS-Perowskit-Tandemzellen noch viel höhere Wirkungsgrade erreichen können, höchstwahrscheinlich bis über 30 %“ sagt Prof. Rutger Schlatmann.
- Langzeittest zeigt: Effizienz von Perowskit-Zellen schwankt mit der JahreszeitAuf dem Dach eines Forschungsgebäudes am Campus Adlershof läuft ein einzigartiger Langzeitversuch: Die unterschiedlichsten Solarzellen sind dort über Jahre Wind und Wetter ausgesetzt und werden dabei vermessen. Darunter sind auch Perowskit-Solarzellen. Sie zeichnen sich durch hohe Effizienz zu geringen Herstellungskosten aus. Das Team um Dr. Carolin Ulbrich und Dr. Mark Khenkin hat Messdaten aus vier Jahren ausgewertet und in der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials vorgestellt. Dies ist die bislang längste Messreihe zu Perowskit-Zellen im Außeneinsatz. Eine Erkenntnis: Standard-Perowskit-Solarzellen funktionieren während der Sommersaison auch über mehrere Jahre sehr gut, lassen jedoch in der dunkleren Jahreszeit etwas nach. Die Arbeit ist ein wichtiger Beitrag, um das Verhalten von Perowskit-Solarzellen unter realen Bedingungen zu verstehen.
- Natrium-Ionen-Batterien: Neuer Speichermodus für KathodenmaterialienBatterien funktionieren, indem Ionen zwischen zwei chemisch unterschiedlichen Elektroden gespeichert und ausgetauscht werden. Dieser Prozess wird Interkalation genannt. Bei der Ko-Interkalation werden dagegen sowohl Ionen als auch Lösungsmittelmoleküle in den Elektrodenmaterialien gespeichert, was bisher als ungünstig galt. Ein internationales Team unter der Leitung von Philipp Adelhelm hat nun jedoch gezeigt, dass die Ko-Interkalation in Natrium-Ionen-Batterien mit den geeigneten Kathodenmaterialien funktionieren kann. Dieser Ansatz bietet neue Entwicklungsmöglichkeiten für Batterien mit hoher Effizienz und schnellen Ladefähigkeiten. Die Ergebnisse wurden in Nature Materials veröffentlicht.
- 10 Millionen Euro Förderung für UNITE – Startup Factory Berlin-BrandenburgDie UNITE – Startup Factory Berlin-Brandenburg wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie als eines von zehn bundesweiten Leuchtturmprojekten für wissenschaftsbasierte Gründungen ausgezeichnet. UNITE soll als zentrale Transfer-Plattform für technologiegetriebene Ausgründungen aus der Wissenschaft und Industrie in der Hauptstadtregion etabliert werden. Auch das Helmholtz-Zentrum Berlin wird davon profitieren.