Fraunhofer ISE: Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen haben praktisches Wirkungsgradpotenzial von 39,5 Prozent

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Eine Forschergrippe des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE schätzt das praktische Wirkungsgradpotenzial von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen auf bis zu 39,5 Prozent.

„Das berechnete praktische Wirkungsgradpotenzial von 39,5 Prozent für ein Perowskit-Silizium-Tandemgerät unter Standardmessbedingungen kann als Anregung für künftige Forschungs- und Entwicklungsstudien dienen, die für ein besseres Verständnis des Gesamtsystems vor der Kommerzialisierung der vielversprechenden Tandem-Solarzellentechnologie erforderlich sind“, erklärt der korrespondierende Autor der Studie Oussama Er-raji gegenüber pv magazine.

„In dieser Arbeit haben wir eine vollständig texturierte Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle umfassend charakterisiert, um ihre Leistungsverluste zu bestimmen“, sagt Koautor Christoph Messmer. „Durch die Implementierung der extrahierten Bauelementeigenschaften in ein Sentaurus TCAD-Simulationsmodell erhielten wir eine Reproduktion der optischen und elektrischen Eigenschaften des experimentellen Bauelements. Anschließend hat das Simulationsmodell die Auswirkungen der einzelnen Verlustkanäle auf die Effizienz identifiziert, indem es die Verlustbeschränkungen Schritt für Schritt abschwächte.“

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Session 3 | Dec 5, 12:15 pm CET |Next generation cell and module tech

What does life-after-PERC look like? High-efficiency n-type technologies have surged into the mainstream with TOPCon clearly the front runner. But HJT and xBC technologies are also being advanced and bringing unique value to the market. In the current oversupply market, how will high-efficiency technologies compete, and what is the pathway for future cost reductions? Furthermore, can these next-generation technologies overcome material supply challenges?

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Analyse der Spannungs-, Strom- und Füllfaktormängel in einer vollständig texturierten Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle

In der in der Zeitschrift RRL Solar veröffentlichten Studie „Loss Analysis of Fully-Textured Perovskite Silicon Tandem Solar Cells: Characterization Methods and Simulation towards the Practical Efficiency Potential“ untersuchte das Forscherteam Spannungs-, Strom- und Füllfaktormängel in einer vollständig texturierten Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle, die auf einer 20 Nanometer dicken Indium-Zinn-Oxid (ITO)-Rekombinationsschicht zwischen der oberen und unteren Zelle basiert.

Die Unterzelle bestand aus einem 630 Nanometer dicken Perowskit-Absorber mit einer Energiebandlücke von 1,67 eV, einer Carbazol (2PACz)-Schicht, einer 20 Nanometer dünnen Zinnoxid (SnOx)-Pufferschicht, einer Elektronentransportschicht (ETL) auf der Basis von Buckminsterfulleren (C60), einer ITO-Fensterschicht, einem Silber-Metallkontakt und einer Antireflexionsschicht auf der Basis von Magnesiumfluorid (MgF2). „Die vollständig texturierte Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle liefert einen stabilisierten PCE-Wert von 26,7 Prozent, wenn sie bei einer festen Spannung in der Nähe des maximalen Leistungspunktes betrieben wird“, so die Forscher.

Bei ihrer Verlustanalyse des Tandem-Bauelements berücksichtigten die Wissenschaftler den hohen Serienwiderstand, die Stromfehlanpassung in den Teilzellen, die hohen nicht-radiativen Rekombinationsverluste und den Bandversatz an der Schnittstelle zwischen dem Perowskit-Absorber und dem ETL.

Effizienzschwelle von 39,5 Prozent nur durch Änderung der Zellarchitektur zu überschreiten

Die Fraunhofer-Forscher identifizierten die wichtigsten Verlustmechanismen an der Perowskit/C60-Grenzfläche (-4,6 Prozent), im Serienwiderstand (-2,9 Prozent) und im Lichtmanagement (-2,1 Prozent). „Indem wir die Ursachen dieser Verluste Schritt für Schritt reduzierten, berechneten wir die Effizienzverbesserungen durch die kumulative Minderung der charakterisierten Verlustkanäle und erreichten schließlich ein praktisches Effizienzpotenzial von 39,5 Prozent für diese Bauelementarchitektur“, erklärten sie.

Die Wissenschaftler wiesen auch darauf hin, dass die Effizienzschwelle von 39,5 Prozent nur durch eine Änderung der Zellarchitektur überschritten werden kann, eventuell durch den Ersatz von C60 durch ein transparenteres ETL und die Suche nach transparenteren Alternativen zu den ITO-Schichten. Trotz der Tatsache, dass diese Analyse ein ziemlich idealisiertes Szenario bei der Lösung der Gerätebeschränkungen zeigt, ist es dennoch nützlich, die ‚ideale‘ Effizienzsteigerung für jede Beschränkung zu bewerten, betonten sie.

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