Helmholtz-Zentrum erzielt mit Perowskit-CIGS-Tandemsolarzelle Wirkungsgrad von 21,6 Prozent

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Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) haben eine Dünnschicht-Solarzelle aus Perowskit und Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) mit einem Wirkungsgrad von 21,6 Prozent hergestellt. Das ist kein Rekordwert – den vermeldete im vergangenen November das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und das Nanoelectronics Research Centre (Imec) aus Belgien mit 24,6 Prozent. Bemerkenswert ist die Arbeit der Helmholtz-Forscher aber trotzdem: Sie haben eigenen Angaben zufolge ein einfaches, robustes Produktionsverfahren verwendet, das sich auch für die Aufskalierung auf große Flächen eigne. Rutger Schlatmann, Direktor des HZB-Instituts PVcomB, spricht von einem „enormen Vorteil in Richtung Industrialisierung“. Perspektivisch könnte ihre Tandemzelle einen Wirkungsgrad von mehr als 30 Prozent erreichen, so die Berliner Wissenschaftler.

Das Helmholtz-Team in Berlin hat die CIGS-Dünnschicht auf einem Substrat aufwachsen lassen. Dabei entsteht eine CIGS-Oberfläche, die typischerweise etwas unregelmäßig und rau ist. Das erschwerte bisher die Aufbringung der Perowskit-Topzelle mit nasschemischen Methoden. In Zusammenarbeit mit der TU Eindhoven haben die Berliner Forscher nun eine ultradünne, aber konform wachsende Zwischenschicht auf die CIGS-Schicht aufgetragen. Anschließend wurde die Perowskit-Schicht aufgeschleudert. Die HZB-Forscher haben ihre Tandemzelle auf einer Fläche von 0,8 Quadratzentimetern realisiert.

Tandem-Solarzellen bestehen aus zwei Halbleitern mit unterschiedlichen Bandlücken. Dadurch können sie einen größeren Anteil des Sonnenspektrums zur Stromerzeugung nutzen. Perowskite haben ihre Stärke bei der Umwandlung der blauen, energiereichen Anteile des Lichts, während CIGS oder auch Silizium eher rote und nahinfrarote Anteile effizient nutzen.