Quelle:solliance.eu
Von links nach rechts: Yifeng Zhao (TU-Delft), Mehrdad Najafi (TNO), Valerio Zardetto (TNO) und Dong Zhang (TNO) (Foto von Niels van Loon)
EINDHOVEN, 26. September 2022 – TNO, TU Eindhoven, imec und TU Delft, Partner in Solliance, haben sich zusammengeschlossen, um die Umwandlungseffizienz von Tandem-Solarzellen weiter voranzutreiben und über die Grenzen heutiger kommerzieller Photovoltaik (PV)-Module hinaus zu bringen. Erstmals überschreiten vierpolige Perowskit/Silizium-Tandembauelemente mit zertifizierter Top-Zelle die Barriere von 30 Prozent. Diese hohe Effizienz ermöglicht mehr Leistung pro Quadratmeter und weniger Kosten pro kWh. Das Ergebnis wird während der 8. World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC-8) in Mailand vorgestellt und wurde durch die Kombination der aufkommenden Perowskit-Solarzelle mit herkömmlichen Silizium-Solarzellentechnologien erzielt. Die Perowskit-Zelle mit transparenten Kontakten, die Teil des Tandemstapels ist, wurde unabhängig zertifiziert.
Darüber hinaus wird das Erreichen einer hohen Leistungsdichte mehr Möglichkeiten schaffen, diese Solarzellen in Bau- und Gebäudeelemente zu integrieren, sodass mehr vorhandene Flächen mit PV-Modulen bedeckt werden können. Das Durchbrechen der 30-Prozent-Grenze ist daher ein großer Schritt, um die Energiewende zu beschleunigen und die Energiesicherheit zu verbessern, indem die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringert wird.
DAS BESTE AUS BEIDEN WELTEN
Tandemgeräte können aufgrund einer besseren Ausnutzung des Sonnenspektrums höhere Wirkungsgrade erreichen als Single-Junction-Solarzellen. Die derzeit entstehenden Tandems kombinieren kommerzielle Siliziumtechnologie für das untere Gerät mit Perowskit-Technologie: Letztere zeichnet sich durch eine hocheffiziente Umwandlung von ultraviolettem und sichtbarem Licht und eine hervorragende Transparenz für nahes Infrarotlicht aus. Bei Tandemgeräten mit vier Anschlüssen (4T) arbeiten die oberen und unteren Zellen unabhängig voneinander, was es ermöglicht, bei dieser Art von Geräten unterschiedliche untere Zellen einzusetzen. Kommerzielle PERC-Technologie sowie Premium-Technologien wie Heterojunction oder TOPCon oder Dünnschichttechnologie wie CIGS können in einem 4T-Tandemgerät mit kaum Modifikationen an den Solarzellen implementiert werden. Darüber hinaus macht es die Architektur mit vier Anschlüssen einfach, bifaziale Tandems zu implementieren, um die Energieausbeute weiter zu steigern.
Forschern aus den Niederlanden und Belgien ist es gelungen, den Wirkungsgrad der halbtransparenten Perowskit-Zellen auf 19,7 Prozent mit einer Fläche von 3 x 3 mm2 zu verbessern, wie von ESTI (Italien) zertifiziert. „Dieser Solarzellentyp verfügt über einen hochtransparenten Rückkontakt, der über 93 Prozent des Nahinfrarotlichts das untere Gerät erreichen lässt. Diese Leistung wurde durch die Optimierung aller Schichten der halbtransparenten Perowskit-Solarzellen mithilfe fortschrittlicher optischer und elektrischer Simulationen erreicht als Leitfaden für die experimentelle Arbeit im Labor." sagt Dr. Mehrdad Najafi von TNO. „Das Siliziumgerät ist eine 20 × 20- mm2 große Heterojunction-Solarzelle mit optimierter Oberflächenpassivierung, transparenten leitfähigen Oxiden und kupferbeschichteten Frontkontakten für hochmoderne Ladungsträgerextraktion“, sagt Yifeng Zhao, PhD-Student bei TU Delft, deren Ergebnisse kürzlich einem Peer-Review unterzogen wurden. Das unter dem Perowskit optisch gestapelte Siliziumbauteil trägt mit 10,4 Prozent Effizienzpunkten zur gesamten Solarenergieumwandlung bei.
Zusammen beträgt die Umwandlungseffizienz dieser nicht flächenangepassten 4T-Tandemgeräte, die unabhängig arbeiten, 30,1 Prozent. Dieser weltbeste Wirkungsgrad wird nach allgemein anerkannten Verfahren gemessen.
ZUKUNFT VON VIERTERMINALEN TANDEM-PV-MODULEN
Das ist noch nicht alles, denn die Kombination dieser hochtransparenten Perowskit-Zelle mit anderen siliziumbasierten Technologien wie Rückseitenkontakt (Metal Wrap Through und ineinandergreifende Rückseitenkontaktzellen) und TOPCon-Solarzellen hat auch Umwandlungswirkungsgrade von annähernd 30 Prozent geliefert. Dies demonstriert das Potenzial hochtransparenter Perowskit-Solarzellen und ihre Flexibilität, um mit bereits kommerzialisierten Technologien kombiniert zu werden.
Diese weltbesten Wirkungsgrade, die mit einer Vielzahl etablierter Technologien erzielt wurden, sind ein weiterer Meilenstein in Richtung industrieller Anwendung. „Jetzt kennen wir die Zutaten und sind in der Lage, die Schichten zu kontrollieren, die erforderlich sind, um eine Effizienz von über 30 Prozent zu erreichen. Sobald wir das in den vergangenen Jahren gesammelte Know-how und Wissen zur Skalierbarkeit kombiniert haben, um Materialien und Prozesse auf große Flächen zu bringen, können wir uns auf unsere konzentrieren Industriepartner, um diese Technologie mit Wirkungsgraden von über 30 Prozent in die Massenproduktion zu bringen", sagt Prof. Gianluca Coletti, Programm-Manager für Tandem-PV-Technologie und -Anwendung bei TNO.
