Forschende aus Berlin haben mit einer neuen Tandemsolarzelle aus CIGS und Perowskit einen Wirkungsgrad von 24,6 % erreicht und damit den bisherigen Weltrekord übertroffen. Die Entwicklung wurde in Kooperation zwischen dem HZB und der Humboldt-Universität realisiert und vom Fraunhofer ISE zertifiziert.
Warum Tandemsolarzellen?
Solarzellen sind ein zentraler Bestandteil der Energiewende. Dabei spielen sogenannte Tandemsolarzellen eine immer wichtigere Rolle. Sie kombinieren zwei verschiedene Halbleitermaterialien, um den Energieertrag aus Sonnenlicht zu maximieren.
Während herkömmliche Siliziumzellen in ihrer Effizienz limitiert sind, ermöglichen Tandemzellen eine höhere Ausnutzung des Sonnenlichts durch unterschiedliche Absorberschichten. Die neue Rekordzelle vereint eine CIGS-Unterzelle mit einer Perowskit-Oberzelle, wodurch eine besonders hohe Effizienz erzielt werden konnte.
Ressourcenschonend und leistungsstark
Dünnschicht-Solarzellen gelten als besonders ressourcenschonend, da ihre Herstellung nur wenig Material und Energie erfordert. Neben den weitverbreiteten Siliziumzellen gibt es Alternativen auf Basis von Kupfer, Indium, Gallium und Selen (CIGS). Diese Materialien können in hauchdünnen Schichten auf flexible Unterlagen aufgetragen werden, was innovative Anwendungen ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist, dass CIGS-Zellen bereits kommerziell erprobt sind und sich daher gut mit neuen Technologien wie Perowskiten kombinieren lassen.
Die Berliner Forschenden kombinierten diese bewährte CIGS-Technologie mit einer Perowskit-Oberzelle und verbesserten gezielt die Kontaktschichten zwischen beiden. Diese Optimierung führte zur Steigerung des Wirkungsgrades auf 24,6 % – ein neuer Rekord in dieser Materialkombination.
Erfolgreiche Zusammenarbeit
Die Herstellung dieser Rekordzelle war das Ergebnis einer erfolgreichen Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Expertinnen und Experten. Die Perowskit-Absorberschicht wurde in einem gemeinsamen Labor des HZB und der Humboldt-Universität zu Berlin entwickelt. Für die Herstellung der CIGS-Unterzelle und der entscheidenden Kontaktschichten war HZB-Forscher Guillermo Farias Basulto verantwortlich. Hierbei setzte er die hochmoderne Clusteranlage KOALA ein, die am HZB die Beschichtung von Perowskiten und Kontaktschichten unter Vakuumbedingungen ermöglicht. Diese Anlagentechnik erlaubt eine präzise Steuerung der Schichtdicken und Materialeigenschaften, was für die Performance der Zelle entscheidend ist.
Auch Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler trugen zur Rekordzelle bei: Die obere Perowskit-Zelle wurde von TU-Berlin-Masterstudent Thede Mehlhop entwickelt, der dabei von Stefan Gall betreut wurde. Diese enge Kooperation zwischen Studierenden und erfahrenen Forschenden zeigt, wie wichtig interdisziplinäre Zusammenarbeit für wissenschaftliche Durchbrüche ist.
Wiederholte Spitzenleistung aus Berlin
Das HZB hat in der Vergangenheit bereits mehrfach Weltrekorde für Tandemsolarzellen aufgestellt. Besonders erfolgreich waren bisher Silizium-Perowskit-Kombinationen, doch auch die neue CIGS-Perowskit-Zelle zeigt das enorme Potenzial dieser Technologie.
Prof. Rutger Schlatmann, Sprecher des Fachbereichs Solarenergie am HZB, betont: „Wir haben am HZB hochspezialisierte Labore und Fachleute, die in ihrem Gebiet Spitzenleistungen erbringen. Mit dieser Weltrekord-Tandemzelle haben sie erneut bewiesen, wie wertvoll ihre Zusammenarbeit ist.“
Die Forschenden sind zuversichtlich, dass sich die Effizienz von CIGS-Perowskit-Tandemzellen weiter steigern lässt. Prof. Schlatmann erklärt: „Wir sind zuversichtlich, dass CIGS-Perowskit-Tandemzellen noch viel höhere Wirkungsgrade erreichen können, höchstwahrscheinlich bis über 30 %.“
Ein Beitrag von:
