von pv magazine International

Deutsche Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben eine zweipolige Tandem-Solarzelle auf der Basis von Perowskit und Kupfer/Indium/Selen (CIS) Dünnschicht entwickelt. Sie beschreiben die Zelle als die erste ihrer Art, die einen Wirkungsgrad von annähernd 25 Prozent erreicht und gleichzeitig in der Lage ist, die Stromerzeugung in der oberen und unteren Zelle anzugleichen.

„Hohe Wirkungsgrade sind möglich, wenn die Bandlücken der unteren und oberen Absorber innerhalb eines bestimmten Bereichs variiert werden, wobei die absolut optimalen Werte bei 0,94 Elektronenvolt für die untere Zelle und ca. 1,60 Elektronenvolt für die obere Zelle liegen“, so die Forscher. „Entscheidend ist, dass die Bandlücke von CI(G)S auf nahezu ein Elektronenvolt reduziert werden kann, indem der Galliumgehalt in der Zusammensetzung des Materials in einer abgestuften Weise entlang der Schicht drastisch verringert wird.

Die Wissenschaftler verwendeten CIS mit einer Bandlücke von etwa 1,03 Elektronenvolt und einem geringen Galliumanteil sowie Dreifachkationen-Perowskit mit einer Bandlücke von etwa 1,59 Elektronenvolt. Sie verwendeten eine Antireflexionsbeschichtung (ARC), um die Lichteinkopplung zu verbessern und den Gesamtfotostrom zu erhöhen. Die Zelle hatte einen Wirkungsgrad von 24,9 Prozent, eine Leerlaufspannung von 1,57 Volt, einen Kurzschlussstrom von 21,1 Milliampere pro Quadratzentimeter und einen Füllfaktor von 75,2 Prozent. Die integrierten Photoströme der oberen und unteren Zellen betrugen 20,4 beziehungsweise 20,7 Milliampere pro Quadratzentimeter.

Das CalLab des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) hat bestätigt, dass die Zelle einen Wirkungsgrad von 23,5 Prozent, eine Leerlaufspannung von 1,59 Volt, einen Kurzschlussstrom von 19,4 Milliampere pro Quadratzentimeter und einen Füllfaktor von 75,5 Prozent aufweist.

„Die hohe Leistung unserer Zelle mit zwei Anschlüssen ist das Ergebnis der hohen Qualität der Unterzellen, wie aus den unabhängigen Stromdichte-Spannungs-Kurven und den externen Quanteneffizienzen (EQEs) von Perowskit- und CIS-Einzelübergangs-Bauelementen ersichtlich war, sowie einer geeigneten optischen und elektrischen Kopplung“, so die Forscher. Sie beschrieben das Bauelement als „Monolithische Perowskit/CIS-Tandemsolarzellen mit einem Wirkungsgrad von annähernd 25 Prozent“ und veröffentlichten dazu kürzlich in ACS Energy Letters.

„Unsere Ergebnisse zeigen das Potenzial von Perowskit/CIS-Tandemsolarzellen als wichtige Energielösung, insbesondere für Anwendungen, die flexible und/oder leichtgewichtige PV-Geräte erfordern, und ebnen den Weg für künftige Entwicklungen, die die Leistungen über die 30 Prozent-Schwelle bringen könnten“, so die Wissenschaftler.