Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen durch Passivierung verbessert

Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen bestehen aus einer Perowskit-Oberzelle und einer Silizium-Unterzelle. Diese Zelltechnologie ist der nächste große technologische Fortschritt in der Photovoltaik, da Silizium-Solarzellen maximal 29,4 % des Sonnenlichts in Strom umwandeln können. Dieses physikalische Limit hat die Photovoltaik-Industrie schon fast erreicht.

Mehr zu Perwoskit-Solarzellen

22.04.2025 • Nachricht • Industrie & Technologie

Perowskit-Solarzellen auf flexiblen Trägern

28.03.2025 • Nachricht • Panorama

Perowskite im Visier

14.02.2025 • Nachricht • Industrie & Technologie

Solarzellen im Kreislauf

Katja Maria Engel • 4/2025 • Seite 48

Solarernte auf zwei Seiten

Juliane Borchert • 9/2024 • Seite 72

Optimiertes Wachstum

Für die großflächige Produktion dieser Tandemsolarzellen wäre es vorteilhaft, eine Standard-Siliziumsolarzelle für die Unterzelle zu verwenden, da deren Herstellungsprozesse bereits gut etabliert sind. Diese Solarzellen sind strukturiert, da dies ihre Oberfläche vergrößert und Effizienz steigert. Die Strukturierung erschwert allerdings das Aufragen der Perowskit-Oberzelle. Eine qualitativ hochwertige Oberflächen-Passivierung der Perowskit-Schicht auf der pyramidenförmigen Oberfläche des Siliziums war bisher noch nicht gelungen.

„Bislang wurde die effektive Passivierung auf volltexturierten Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen noch nicht vollständig genutzt, wobei frühere Erfolge weitgehend auf Solarzellen mit flachen Oberflächen beschränkt waren. Aber wir haben jetzt eine ausgezeichnete Passivierung erreicht, indem wir 1,3-Diaminopropan-Dihydroiodid auf die unebene Perowskit-Oberfläche abgeschieden haben“, sagt Oussama Er-Raji vom Fraunhofer ISE. Die passivierten Tandemsolarzellen erreichten einen Wirkungsgrad von bis zu 33,1 % mit einer Leerlaufspannung von 2,01 V.

Wie die Forschenden auch beobachteten, verbesserte die Passivierung der Perowskit-Oberzelle die Leitfähigkeit und damit den Füllfaktor der Zelle. Sie konnten nachweisen, dass diese Verbesserung auf einen tiefer gehenden Feldeffekt zurückzuführen ist, der aus der Passivierung resultiert. Bei Siliziumsolarzellen wirkt die Passivierung nur auf die oberen Schichten, während bei Perowskit-Solarzellen die Oberflächenbehandlung die gesamte Schicht beeinflusst und deren Effizienz steigert.

„Diese Erkenntnis bietet eine solide Grundlage für alle zukünftigen Forschungen in diesem Bereich“, sagt Stefaan De Wolf, Professor für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen sowie angewandte Physik an der KAUST. „Es verbessert unser Verständnis der Prozesse, die in der Oberzelle stattfinden, während Licht in Elektrizität umgewandelt wird, und ermöglicht es Forschenden, dieses Wissen zu nutzen, um bessere Tandem-Solarzellen zu entwickeln.“

„Die Oberflächen-Passivierung von Solarzellen ist nicht nur ein nettes Zusatzfeature; sie ist ein wesentlicher Booster für deren Effizienz und Stabilität“, ergänzt Stefan Glunz, Professor für Photovoltaische Energiewandlung an der Universität Freiburg und Direktor der Photovoltaik-Abteilung am Fraunhofer ISE, hinzu. „Für die heutigen Siliziumsolarzellen war die Oberflächenpassivierung der Schlüssel zu hohen Wirkungsgraden in der industriellen Produktion, und es ist ermutigend, dass die PV-Industrie auch von diesen positiven Effekten für Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen profitieren wird.“ [FhISE / dre]