RIESEN–Rekordeffizienzen für beidseitig kontaktierte Siliciumsolarzellen und Pero-Pero-Si Dreifachsolarzellen

Das theoretische Limit von 29.4% setzt der weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades der Silizium-Einfachsolarzellen eine klare Grenze. Um die Effizienz weiter zu erhöhen, sind sogenannte Tandemsolarzellen notwendig, bei denen übereinanderliegende Solarzellen mit unterschiedlichen Bandlücken die jeweiligen spektralen Anteile des Sonnenlichts ideal ausnutzen und so das Wirkungsgradpotential deutlich erhöhen. Durch die Möglichkeit Perowskitabsorber mit unterschiedlichen Bandlücke herzustellen, sowie die weiteren idealen Materialeigenschaften von Perowskiten, wird die Verbindung der etablierten Si-Technologie mit der Perowskit-Technologie zu Perowskit/Si Tandemsolarzellen als die vielversprechendste Option für die Realisierung von Mehrfachsolarzellen als höchsteffiziente Nachfolgetechnologie der Si-Einfachsolarzellen angesehen. So liegt der theoretische Wirkungsgrad für eine Perowskit/Perowskit/Si Solarzelle bei annähernd 50%.

Im Projekt »RIESEN« soll eine hocheffiziente Perowskit/Perowskit/Si 3-fach Solarzelle entwickelt werden. Für die Si-Unterzelle sollen dabei die TOPCon-Rekordzellen des Fraunhofer ISE als Basis dienen, die im Rahmen des Projekts weiter verbessert und als Si-Unterzelle optimiert werden sollen. Für die Perowskit Mittel- und Oberzellen sollen Perowskit-Absorberschichten mit idealer Bandlücke von ca. 1.4 – 1.5 eV für die Mittelzelle und 1.9 – 2.0 eV für die Oberzelle entwickelt werden. 

Für die Realisierung dieser 3-fach Solarzellen in der 2-Terminal Konfiguration, müssen die Teilzellen entsprechend monolithisch miteinander verbunden werden und gute mechanische, elektrische und optische Zwischenkontakte aufweisen. Hierzu werden entsprechende Rekombinationskontakte sowie Si-basierende Tunneldioden untersucht. Die technologische Entwicklung wird von umfangreichen Simulations- und Charakterisierungsaktivitäten zur Untersuchung und dem Verständnis der Materialcharakteristika sowie der Device-Performance begleitet. 

Wichtige Meilensteine des Projektes bestehen in der Entwicklung der einzelnen Perowskitabsorber mit idealer Bandlücke, der Verbesserung der Si-Bottomzelle sowie der Etablierung der Einzelentwicklungen in eine hocheffiziente 3-fach Perowskit/Perowskit/Si Solarzelle.

Als wichtiges Zwischenergebnis konnten bereits Perowskit/Perowskit/Si 3-fach Solarzellen mit einer Spannung von über 2.8 V hergestellt werden.