28,7 Prozent Wirkungsgrad ist der neue Weltrekord für eine serienreife Solarzelle. Unten Silizium, oben Perowskit – durch bekannte Grundstrukturen kann diese hohe Effizienz direkt in die Praxis übertragen werden.

Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und die Forschungsabteilung des Unternehmens Q Cells haben für ihr Rekordergebnis innerhalb des Forschungsprojekts PeroQ eng zusammengearbeitet. Das HZB widmet sich bereits seit einigen Jahren der Forschung an Perowskiten als Material für Tandemsolarzellen. Q Cells hat als Projektpartner die benötigten Industrieanlagen und ein eigenes Zellkonzept, die sogenannte Q.ANTUM-Technologie, zur Verfügung gestellt. Diese wird in der Rekordzelle als Bottom-Zelle, also als untenliegende Zellschicht genutzt.

Grundlegend basiert Q.ANTUM auf der in der Serienproduktion üblichen PERC-Zelle, kurz für „Passivated Emitter and Rear Cell“. Rückseite und Kontakte sind hierbei gegenüber dem Vorgängerstandard optimiert. Durch diese Konstellation – Standard-Siliziumzelle plus Perowskite – ist die neue Rekordzelle besonders kosteneffizient, Produktionsprozesse und Infrastruktur sind bereits vorhanden. „So könnte die Tandem-Technologie den Photovoltaik-Markt schnell revolutionieren“, schätzt Professor Steve Albrecht, Gruppenleiter am HZB und Juniorprofessor an der Technischen Universität Berlin.

Laborergebnis in die industrielle Fertigung überführt

Unter Laborbedingungen erreichte das Berliner Forschungszentrum Ende 2021 den Weltrekord von 29,8 Prozent für eine Silizium-Perowskit-Zelle. Das jetzt erreichte Ergebnis der serienreifen Tandemzelle mit 28,7 Prozent baut darauf auf. „Es ist bemerkenswert, wie nah der gemeinsam erreichte Wirkungsgrad mit einer serienreifen Bottom-Zelle bereits an das herankommt, was wir im Labormaßstab erreichen können", sagte Professor Bernd Rech, wissenschaftlicher Geschäftsführer des HZB.

Generell bieten Tandemzellen die Möglichkeit, die natürlichen Grenzen der Effizienz von Siliziumzellen zu überschreiten. Die verschiedenen Materialien, die dabei übereinandergeschichtet werden, nutzen unterschiedliche Wellenlängen des Lichts. Die klassische Siliziumzelle bildet dabei die Basis und wird mit anderen Halbleitermaterialien, wie hier den Perowskiten, kombiniert. Dadurch kann sie einen höheren Anteil des einfallenden Sonnenlichts in Strom umwandeln. (mb)