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29.04.2020 | Sonnenenergie | Nachricht | Onlineartikel

Tandemsolarzellen-Weltrekorde

Autor:
Leyla Buchholz
2 Min. Lesedauer

Eigens für eine Entwicklung aus dem Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) gibt es nun in der Grafik für Solarzellen-Weltrekorde einen neuen Zweig. Die neue Weltrekord-Zelle besteht aus den Halbleitern Perowskit und CIGS, die zu einer monolithischen "zwei-Terminal“-Tandemzelle verschaltet sind. Aufgrund der verwendeten Dünnschichttechnologien überleben solche Tandemzellen im Weltall deutlich länger und können sogar auf biegsamen Folien produziert werden. Die neue Tandemzelle erreicht einen zertifizierten Wirkungsgrad von 24,16 %.

Tandemzellen bestehen in der Regel aus zwei unterschiedlichen Halbleitern, die unterschiedliche Bereiche des Lichtspektrums in elektrische Energie umwandeln. Dabei nutzen Metall-Halogenid Perowskit-Verbindungen vor allem die sichtbaren Anteile des Spektrums, während CIGS-Halbleiter mehr die infraroten Anteile umwandeln. CIGS steht für eine Verbindung aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen. CIGS-Zellen können als Dünnschichtstapel von insgesamt nur 3 bis 4 µm Dicke abgeschieden werden, die Perowskitschichten sind mit 0,5 µm sogar noch viel dünner. Die neue Tandemsolarzelle aus CIGS und Perowskit besitzt damit eine Dicke von deutlich unter 5 µm, so dass biegsame Solarmodule denkbar sind. "Diese Kombination ist zudem extrem leicht und stabil gegen Bestrahlung, so dass sie für Anwendungen in der Satellitentechnik im Weltraum eignen könnte“, sagt Prof. Dr. Steve Albrecht, HZB.

"Wir haben die Unterzelle aus CIGS diesmal direkt mit der Oberzelle aus Perowskit verschaltet, so dass die Tandemzelle nur zwei elektrische Kontakte, sogenannte "Terminals“ besitzt, erklärt Dr. Christian Kaufmann, der mit seinem Team die CIGS-Unterzelle entwickelt hat: "Speziell die Einbringung von Rubidium hat das CIGS Absorbermaterial deutlich verbessert“. Albrecht und sein Team haben die Perowskit-Schicht direkt auf der rauen CIGS-Schicht abgeschieden. Sie brachten zunächst sogenannte SAM-Moleküle auf die CIGS-Schicht, die sich selbstorganisiert dicht zu einer monomolekularen Lage anordnen. Die neue Perowskit-CIGS-Tandemzelle erreicht einen Wirkungsgrad von 24,16 %. Dieser Wert ist offiziell durch das CalLab des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) zertifiziert. Da solche "2Terminal“-Tandemzellen aus CIGS und Perowskit nun eine eigene Kategorie darstellen, hat das National Renewable Energy Lab NREL, USA, dafür einen neuen Zweig auf der berühmten NREL Chart angelegt. Diese Grafik verzeichnet die Entwicklung der Wirkungsgrade für nahezu alle Solarzell-Typen seit 1976. Perowskit-Verbindungen sind erst seit 2013 mit eingezeichnet – Der Wirkungsgrad dieser Materialklasse ist seitdem so stark gestiegen wie für kein anderes Material.


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