PersiST – Perowskit-Silicium Tandemsolarzellen

Mit der Silicium-Technologie wurde die Photovoltaik zu einem Massenmarkt und in vielen Ländern Stromgestehungskosten auf dem Niveau von konventionellen Stromerzeugungsarten erreicht. Da die meisten der verbliebenen Kosten mit der Fläche skalieren, ist eine Erhöhung des Wirkungsgrads der wirksamste Hebel, um die Stromgestehungskosten weiter zu senken. Allerdings stößt die reine Silicium-Photovoltaik hier an ihre Grenzen. Der aktuelle Weltrekord von 26,3 % ist schon sehr nah an der theoretischen Obergrenze. Mit Tandemsolarzellen lassen sich dagegen deutlich höhere Wirkungsgrade erreichen. In diesen nutzt eine obere Solarzelle mit einer höheren Bandlücke Photonen mit hoher Energie effizient, während eine untere Solarzelle mit einer niedrigeren Bandlücke niederenergetische Photonen nutzt.

Im Projekt »PersiST« soll eine Perowskit-Silicium Tandemsolarzelle mit über 29 % Wirkungsgrad hergestellt werden. Perowskitsolarzellen können das hochenergetische blaue und grüne Licht deutlich effizienter nutzen als Siliciumsolarzellen. Die Siliciumsolarzellen wiederum nutzen das rote und infrarote Licht, was die Perowskitsolarzellen nicht können. Zudem sind die Perowskitsolarzellen günstig herzustellen.

Die Verwendung der etabliertern Siliciumtechnologie für die sogenannte »Bottomsolarzelle« ermöglicht einen schnellen Transfer in die industrielle Fertigung. Das im Projekt »PersiST« verfolgte Konzept einer »monolithischen« Tandemsolarzelle, bei der Perowskitsolarzelle und Siliciumsolarzelle direkt miteinander verbunden sind, vereinfacht zudem den späteren Modulbau im Vergleich zu anderen Konzepten, bei denen die Solarzellen einzeln kontaktiert werden. Um die Perowskitsolarzelle als sogenannte »Topsolarzelle« auf eine Siliciumsolarzelle zu bringen, müssen sämtliche Komponenten weiterentwickelt werden. Wir forschen deshalb zusammen mit unseren Partnern daran, wie die Perowskit- und Siliciumsolarzelle durch optimierte Kontakt- und Ladungsträgertransportschichten verbunden werden können. Außerdem passen wir die Siliciumsolarzelle für ihren Einsatz als Bottomsolarzelle an, optimieren das optische Design des Gesamtsystems und untersuchen die Haltbarkeit der Tandemsolarzelle. Die Tandemsolarzelle soll auf einer Fläche von 100 cm² realisiert werden und durch die erzielte Wirkungsgradsteigerung die Stromgestehungskosten perspektivisch um ein Drittel senken.