Invertierte Perowskit-Solarzelle erreicht 25,3 Prozent Wirkungsgrad durch Grenzflächentechnik

von pv magazine International

Ein internationales Forscherteam hat eine invertierte Perowskit-Solarzelle mit einem Leistungsumwandlungswirkungsgrad von 25,3 Prozent und einem quasi-stationären Wirkungsgrad von 24,8 Prozent nachgewiesen. Umgekehrte Perowskit-Solarzellen haben eine als „p-i-n“ bezeichnete Struktur, bei der sich der lochselektive Kontakt p an der Unterseite der intrinsischen Perowskit-Schicht i und die Elektronentransportschicht n an der Oberseite befindet. Herkömmliche Halogenid-Perowskit-Zellen haben die gleiche Struktur, jedoch in umgekehrter Reihenfolge – eine „n-i-p“-Anordnung. Bei der n-i-p-Architektur wird die Solarzelle durch die Seite der Elektronentransportschicht (ETL) beleuchtet, bei der p-i-n-Struktur durch die Oberfläche der Lochtransportschicht (HTL). Die Neuheit der Forschung besteht in einer „Co-Adsorptionsstrategie, die Cluster hoher Ordnung auflöst“, die nach Angaben der Wissenschaftler die Verteilung der Phosphonsäuremoleküle homogenisiert, um die Rekombination an den Grenzflächen zu minimieren.

„Wir untersuchten die Agglomerationsneigung der derzeit besten SAMs auf Phosphonsäurebasis durch Berechnungen und versuchen, diese Agglomerationsphänomene abzuschwächen. Teilweise haben wir auch Lichtmanagement-Strategien eingesetzt, um den Fotostrom zu verbessern“, sagte Somin Park, der Hauptautor der Arbeit, gegenüber pv magazine. In der in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Arbeit „Low-loss contacts on textured substrates for inverted perovskite solar cells“ berichtet die Gruppe, dass es ihr gelungen ist, ultradünne, sogenannte selbstorganisierende Monoschichten (SAM) aus organischen Phosphonsäuremolekülen effektiv auf die texturierten Grenzflächen in einer invertierten Perowskit-Zellenarchitektur aufzubringen, wobei die Texturierung für das Lichtmanagement optimiert wurde. Park fügte hinzu, dass das Lichtmanagement der texturierten Substrate in Verbindung mit der gleichmäßigen Beschichtung die erwarteten Ergebnisse lieferte, worüber das Team sehr erfreut war.

Die gekapselte Version der Zelle erreichte einen Wirkungsgrad von 24,6 Prozent und behielt in beschleunigten Alterungstests bei 65 Grad Celsius und 50 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit über 1000 Stunden lang bei maximaler Leistungspunktnachführung unter Ein-Sonnen-Beleuchtung 95 Prozent ihrer Spitzenleistung bei.

Die Technik könnte in Zukunft auch auf andere Arten von Solarzellen angewendet werden. „Wir gehen davon aus, dass unsere Erkenntnisse über die Adsorptionsmechanismen von Molekülen auf strukturierten Substraten leicht auf andere Perowskit-Solarzellenarchitekturen, wie zum Beispiel Mehrfachsolarzellen, angewandt werden können, um sowohl die Effizienz als auch die Stabilität zu verbessern“, so Park.

Die Forschungsarbeiten, die aus einer Zusammenarbeit zwischen der Gruppe von Edward Sargent an der Northwestern University und Michael Grätzel an der Universität von Kalifornien hervorgegangen sind, haben Berichten zufolge „eine der stabilsten“ Perowskit-Solarzellen mit einem hohen Wirkungsgrad hervorgebracht. Die Forscher kommen von der Northwestern University, der University of Kentucky und der North Carolina State University in den Vereinigten Staaten sowie von der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz, der University of Toronto in Kanada und der Peking University in China.