Dünnschicht-Tandemzelle aus Halbleitern

Die Tandem-Solarzelle aus CIGSe und Perowskit wandelt 21,6 Prozent des Sonnenspektrums in elektrische Energie um.
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Tandem-Solarzellen bestehen aus zwei Halbleitern mit unterschiedlichen Bandlücken. Dadurch können sie einen größeren Anteil des Sonnenspektrums zur Stromerzeugung nutzen. Besonders erfolgreich ist dieses Konzept, wenn man konventionelle Absorberschichten wie Silizium oder Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGSe) mit dem neuen Metall-Halogenid-Halbleiter Perowskit kombiniert. Perowskite wandeln die blauen, energiereichen Anteile des Lichts effizient in elektrische Energie um, während Silizium oder CIGSe eher rote und nahinfrarote Anteile wirksam umwandeln. Forscher des Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) haben nun eine Dünnschicht-Solarzelle aus CIGSe mit einer dünnen Schicht Perowskit kombiniert. Die CIGSe-Dünnschicht wurde auf einem Substrat aufgewachsen. Dabei entsteht eine CIGSe-Oberfläche, die typischerweise etwas unregelmäßig beziehungsweise rau ist, was bisher die Aufbringung der Perowskit-Topzelle mit nasschemischen Methoden erschwerte. Daher hat das Team vom HZB in Zusammenarbeit mit der TU Eindhoven eine ultradünne, aber konform wachsende Zwischenschicht auf die CIGSe-Schicht aufgetragen und erst anschließend die Perowskit-Schicht aufgeschleudert. Die so produzierte Tandem-Solarzelle wandelt 21,6 Prozent des Sonnenspektrums in elektrische Energie um. Dabei bleibt die erzeugte Leistung stabil. Zwar erreichen Tandemzellen aus Silizium und Perowskit noch höhere Wirkungsgrade, aber theoretisch könnten auch CIGSe-Perowskit-Tandemzellen diese Wirkungsgrade erreichen. Außerdem besteht die neue CIGSe-Perowskit-Tandemzelle nur aus Dünnschichten, wodurch der Material- und Energieverbrauch bei der Herstellung extrem gering ist. Die Tandem-Solarzelle wurde auf einer Fläche von 0,8 Quadratzentimetern realisiert, was deutlich größer ist als die quadratmillimetergroßen Flächen, die in der Laborforschung üblich sind.

Autor(en): Wi

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