HZB vermeldet Wirkungsgrad-Weltrekord von 23,26 Prozent für Perowskit-CIGS-Tandemzellen

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Am Mittwoch präsentierten die Forscher des Hemholtz-Zentrums Berlin (HZB) ihre weiterentwickelte Perowskit-CIGS-Tandemsolarzelle auf der EU PVSEC in Marseille. Nach Angaben der Wissenschaftler erreicht sie einen offiziell zertifizierten Weltrekord-Wirkungsgrad von 23,26 Prozent. Die monolithische Solarzelle kombiniert die Halbleitermaterialien Perowskit und CIGS. Im Februar hatten die Berliner Forscher zuletzt einen Wirkungsgrad von 21,6 Prozent für ihre Peroskit-CIGS-Tandemzellen vermeldet.

Der hohe Wirkungsgrad werde dabei durch eine Zwischenschicht aus organischen Molekülen, die sich selbstorganisiert so anordnen, dass auch raue Halbleiter-Oberflächen lückenlos bedeckt werden. Mit dieser neuen Kontaktschicht würden auftretende Verluste deutlich reduziert, erklärten die HZB-Forscher um den Physiker Steve Albrecht. Die Tandemsolarzelle besitze zudem eine aktive Fläche von einem Quadratzentimeter. Auch dies sei ein weiterer Meilenstein, denn Perowskit-CIGS-Tandemzellen waren bislang deutlich kleiner, hieß es weiter.

Für ihre Zwischenschicht setzten die Berliner Wissenschaftler auf organische Moleküle auf Carbazol-Basis mit Phosphonsäuregruppen. Die die sich selbstorganisierenden monomolekularen Schichten besitzen dem HZB zufolge sehr günstige elektro-optische Eigenschaften. Durch ihre einfache Hanhabung seien sie auch für die industrielle Skalierung sehr gut geeignet. „Außerdem sind sie kompatibel zu unterschiedlichsten Substraten und der Materialverbrauch ist extrem gering“, erklärt Amran Al-Ashouri, Doktorand und Erstautor der Arbeit. Dies könne die Fortschritte für Photovoltaik-Technologien, die auf Perowskiten setzen, weiter beschleunigen. Die Gruppe haben bereits sei Patente für ihre Entwicklung beantragt und befinde sich in Verhandlungen über eine Lizenzierung.

Die Arbeit der HZB-Nachwuchsforscher wird vom Bundesfinanzministerium gefördert und fand zumeist im Innovationslabor „Hy Sprint“ in Berlin statt. Die sich selbstorganisierenden Schichten seien in Zusammenarbeit mit den litauischen Forschern der Technischen Universität in Kaunas entwickelt worden. Die Arbeiten an hocheffizienten CIGS-Zellen kamen ebenfalls vom HZB und dem dortigen Projekt „Speed CIGS“, das vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert wird, wie es weiter hieß.

Anfang September veröffentlichten Forscher des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW), des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des Photovoltaik-Unternehmens Nice Solar Energy in Schwäbisch Hall die Gründung des Projekts „Capitano“. Das gemeinsame Ziel des vom Bundeswirtschaftsministerium mit 5,2 Millionen Euro geförderten Konsortiums ist es, Perowskit-CIGS-Tandemmodule zu entwickeln. Sie halten für diese Kombination Wirkungsgrade von mehr als 30 Prozent für möglich.