Forscher des Schweizer Zentrums für Elektronik und Mikrotechnologie (CSEM) und der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) haben einen Wirkungsgrad von mehr als 30 Prozent bei einer ein Quadratzentimeter großen Perowskit-Silizium-Tandemzelle erreicht. Das bedeutet einen Weltrekord für ein Photovoltaik-Zelle dieser Art.
Konkret erzielten sie einen Wirkungsgrad von 30,93 Prozent für eine Solarzelle mit einem Quadratzentimeter Fläche, bei der sich Perowskit-Schichten in hoher Qualität aus einer Lösung auf einer planarisierten Siliziumoberfläche anlagern konnten. Bei einer mit einer hybriden Dampf-/Lösungstechnik hergestellten Zelle gleicher Größe – die mit einer texturierten Siliziumoberfläche kompatibel ist – erreichten sie gar 31,25 Prozent.
„Diese Ergebnisse stellen zwei neue Weltrekorde dar: einen für glatte und eine für texturierte Solarzellenarchitektur“, so die Forscher. Der letztgenannte Ansatz liefere einen höheren Strom und sei mit der Struktur gängiger industrieller Silizium-Solarzellen kompatibel. Die Wissenschaftler betonen, dass beide Wirkungsgrade vom National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums zertifiziert wurden.
Das Forschungsteam gab keine technischen Einzelheiten darüber bekannt, wie sie die Effizienz der beiden Solarzellen verbessert haben.
Rekord des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) übertroffen
„Auf die hervorragenden Wirkungsgrade muss nun weitere Forschung und Entwicklung aufbauen, die eine Skalierung auf grössere Flächen erlaubt und zudem gewährleistet, dass die neuen Zellen über eine normale Lebensdauer hinweg eine stabile Energieausbeute auf unseren Dächern und anderswo erbringen können“, bemerkt Quentin Jeangros von CSEM.
„Tandem-Perowskit-Silizium-Technologien traute man einen Wirkungsgrad von über 30 Prozent zu, doch nun wurde dieses lange vermutete Potenzial erstmals unter Beweis gestellt. Ich hoffe, dass dies den Weg für noch kostengünstigere nachhaltige Stromproduktion ebnet“, ergänzt Christian Wolff von der EPFL.
Der bisherige Weltrekord – 29,8 Prozent – wurde im November 2021 von Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) in Deutschland aufgestellt. Dieses Ergebnis verbesserte den bisherigen Weltrekord des Perowskit-Entwicklers Oxford PV vom Dezember 2020 – damals gab das britische Unternehmen einen Wirkungsgrad von 29,52 Prozent für seine Perowskit-Silizium-Tandemzelle bekannt.
EPFL-Forscher erreichten im April einen Wirkungsgrad von 29,2 Prozent für eine Tandem-Solarzelle mit vollständig texturiertem Silizium von einem Quadratzentimeter. Dieses Ergebnis wurde vom deutschen Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE bestätigt. „Eine große Herausforderung wird es sein, Solarzellen zu entwickeln, die mehr als 25 Jahre lang stabil auf unseren Dächern stehen können. Aber der höhere Wirkungsgrad, den wir ohne Veränderung der Vorderseite gezeigt haben, wird für die Photovoltaik-Industrie sehr attraktiv sein“, sagte der EPFL-Wissenschaftler Christophe Baliff damals.
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