Perowskit-Silicium Tandem-Photovoltaik

Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen versprechen niedrigere Stromgestehungskosten und einen geringeren Ressourcenverbrauch als herkömmliche Siliciumsolarzellen. Die Perowskitsolarzelle wird im Tandemstapel direkt auf die Siliciumsolarzelle abgeschieden. Da der Perowskithalbleiter eine höhere energetische Bandlücke als Silicium aufweist, kann die Perowskitsolarzelle hochenergetische Photonen besser nutzen als die Siliciumsolarzelle. Die Siliciumsolarzelle wiederum kann die niederenergetischen Photonen, die von der Perowskitsolarzelle transmittiert werden, effizient nutzen. Insgesamt steigt die Effizienz, und Wirkungsgrade von über 30 % sind möglich.

Highlights

  • 28.9% Wirkungsgrad für Perowskit-Silicium-Tandemsolarzelle mit stabilen Perowskitabsorber mit hoher Bandlücke. Tendenz schnell steigend
  • Detaillierte Kostenrechnungen zeigen Kostenvorteil für Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen in der Zukunft
  • Fraunhofer Leitprojekt ­MaNiTUzur Entwicklung bleifreier Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen
  • Aufbau einer Technologieplattform zur Skalierung von Perowskit-Silicium-Tandems auf volle Wafer

Forschung und Entwicklung

© Fraunhofer ISE

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekts Presto konnte das Fraunhofer ISE hohe Wirkungsgrad mit skalierbaren Methoden für Perowskit-Silicium-Tandemsolarzelle erreichen. Bei der Siliciumsolarzelle handelte es sich um eine a-Si/c-Si Heterojunction-Solarzelle, die auf beiden Seiten texturiert war. Eine Schicht aus Indium-dotierten Zinnoxid (ITO) dient als elektrische Verbindung zur Perowskitsolarzelle. Auf dieser wirde eine sehr dünne Schicht eines organischen Lochleiters abgeschieden, gefolgt vom Perowskitabsorber. Mit der Absorberverbindung FA0,75Cs0,25Pb(I0,8Br0,2)3 konnten wir eine optimale Bandlücke von 1.68 eV und eine hohe Stabilität erreichen.

Im Fraunhofer Leitprojekt ­»MaNiTU«­ entwickeln wir diese Technologie nun mit dem Ziel noch höherer Wirkungsgrade weiter. Außerdem forschen wir an bleifreien Alternativen für den Absorber und zur Optimierung der Kontakt-und Zwischenschichten. Erste Analysen zum Lebensdauerzyklus lassen bereits zum jetzigen Zeitpunkt einen großen ökologischen Mehrwert erkennen. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass die Schichten der Perowskitsolarzelle sehr dünn sind und durch den höheren Wirkungsgrad der CO2-Fußabdruck zur Erzeugung einer Kilowattstunde Strom deutlich sinkt.

© Fraunhofer ISE/Foto: Dirk Mahler

Ähnlich verhält es sich mit den Stromgestehungskosten: Die Herstellung der zusätzlichen Schichten für die Perowskitsolarzelle ist perspektivisch sehr kostengünstig möglich. Insgesamt steigt der Wirkungsgrad deutlich und die Kosten pro kWh Strom sinken. In einer ausführlichen Kostenanalyse haben wir festgestellt, dass Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen besonders vielversprechend für Anwendungen für Aufdachanlagen und andere Flächenbegrenzte Anwendungen sind und einen signifikanten Kostenvorteil gegenüber reinen Siliciumsolarzellen versprechen. Voraussetzung hierfür ist, dass die Perowskit-Technologie weiterentwickelt und innerhalb der nächsten Jahren ein Niveau erreicht, bei dem der Wirkungsgrad von Tandemsolarzellen im industriellen Maßstab 30 % übersteigt. Dabei gilt es kostengünstige Prozesse zu implementieren und die Lebensdauer der Module mit denen aus Silicium vergleichbar zu machen.

Weitere Informationen zu diesem Forschungsthema:

FuE-Infrastruktur

Zentrum für höchsteffiziente Solarzellen

Forschungsprojekt

PersiST

Fraunhofer-Leitprojekt

MaNiTU

Aktuelle Veröffentlichungen - Perowskit-Silicium Tandemsolarzellen

Jahr
Year
Titel/Autor:in
Title/Author
Publikationstyp
Publication Type
2023 Resource-efficient generation of large-area micro and nanostructures
Bläsi, Benedikt; Müller, Martina; Rossmeier, Harald
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2023 Insights into perovskite film formation using the hybrid evaporation/spin-coating route: An in situ XRD study
Er-Raji, Oussama; Rustam, Lina; Kore, Bhushan; Glunz, Stefan; Schulze, Patricia
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2023 Maximizing Current Density in Monolithic Perovskite Silicon Tandem Solar Cells
Heydarian, Minasadat; Meßmer, Christoph Alexander; Bett, Alexander J.; Heydarian, Maryamsadat; Chojniak, David; Kabakli, Özde Seyma; Tutsch, Leonard; Bivour, Martin; Siefer, Gerald; Schubert, Martin; Goldschmidt, Jan Christoph; Hermle, Martin; Glunz, Stefan; Schulze, Patricia
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2023 Spectrometric Characterization of Monolithic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells
Bett, Alexander J.; Chojniak, David; Schachtner, Michael; Reichmuth, Kasimir; Kabakli, Özde Seyma; Schulze, Patricia; Fischer, Oliver; Schindler, Florian; Hohl-Ebinger, Jochen; Siefer, Gerald; Schubert, Martin
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2023 Structuring of perovskite-silicon tandem solar cells for reduced reflectance and thermalization losses
Callies, Adrian; Hanser, Mario; Goldschmidt, Jan Christoph; Bläsi, Benedikt; Höhn, Oliver
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2023 Spectrometric Determination of Current Matching in Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells
Bett, Alexander J.; Chojniak, David; Schachtner, Michael; Reichmuth, Kasimir; Schulze, Patricia; Kabakli, Özde Seyma; Heydarian, Minasadat; King, Hunter; Sittinger, Volker; Schindler, Florian; Goldschmidt, Jan Christoph; Hohl-Ebinger, Jochen; Siefer, Gerald; Bett, Andreas W.; Schubert, Martin
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2023 Tuning Crystallization for Highly Efficient Perovskite Silicon Tandem Solar Cells
Mahmoud, Mohamed Abdelaziz Abdelnaby; Er-Raji, Oussama; Schulze, Patricia; Borchert, Anna Juliane; Bett, Andreas W.
Vortrag
Presentation
2023 Upscaling of Perovskite-Silicon Tandem Solar Cells
Schultz-Wittmann, Oliver; Hermle, Martin; Goraya, Baljeet Singh; Nold, Sebastian; Schulze, Patricia
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2023 Understanding Contact Nonuniformities at Interfaces in Perovskite Silicon Tandem Solar Cells Using Luminescence Imaging, Lock-In Thermography, and 2D/3D Simulations
Fischer, Oliver; Fell, Andreas; Meßmer, Christoph Alexander; Efinger, Raphael; Schindler, Florian; Glunz, Stefan; Schubert, Martin
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2023 LED Solar Simulators - A Spectral Adjustment Procedure for Tandem Solar Cells
Chojniak, David; Bett, Alexander J.; Hohl-Ebinger, Jochen; Reichmuth, Kasimir; Schachtner, Michael; Siefer, Gerald
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2023 Monolithic Two-Terminal Perovskite/Perovskite/Silicon Triple-Junction Solar Cells with Open Circuit Voltage > 2.8 V
Heydarian, Maryamsadat; Heydarian, Minasadat; Bett, Alexander J.; Bivour, Martin; Schindler, Florian; Hermle, Martin; Schubert, Martin; Schulze, Patricia; Borchert, Anna Juliane; Glunz, Stefan
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2023 Roller Nanoimprinted Honeycomb Texture as an Efficient Antireflective Coating for Perovskite Solar Cells
Krajewski, Maciej; Callies, Adrian; Heydarian, Minasadat; Heydarian, Maryamsadat; Hanser, Mario; Schulze, Patricia; Bläsi, Benedikt; Höhn, Oliver
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Nanopatterning of Perovskite Thin Films for Enhanced and Directional Light Emission
Muscarella, Loreta A.; Cordaro, Andrea; Krause, Georg; Pal, Debapriya; Grimaldi, Gianluca; Antony, Leo Sahaya Daphne; Langhorst, David; Callies, Adrian; Bläsi, Benedikt; Höhn, Oliver; Koenderink, A. Femius; Polman, Albert
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Impact of lateral effects on large scale perovskite/silicon tandem solar cell performance
Reichmuth, Kasimir
Vortrag
Presentation
2022 Plated Copper Electrodes for Two-Terminal Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells
Hatt, Thibaud; Schulze, Patricia; Er-Raji, Oussama; Richter, Armin; Efinger, Raphael; Schultz-Wittmann, Oliver; Heydarian, Minasadat; Tutsch, Leonard; Goldschmidt, Jan Christoph; Glatthaar, Markus; Glunz, Stefan; Bartsch, Jonas
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Combining drift-diffusion and equivalent-circuit models for efficient 3D tandem solar cell simulations
Fell, Andreas; Schultz-Wittmann, Oliver; Meßmer, Christoph Alexander; Schubert, Martin; Glunz, Stefan
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 A novel recycling method for encapsulated perovskite mesoscopic photovoltaic devices with minimal performance loss
Bogachuk, Dmitry; Windt, Peter van der; Martineau, David; Narbey, Stephanie; Verma, Anand; Zouhair, Salma; Hinsch, Andreas; Kohlstädt, Markus; Wagner, Lukas
Vortrag
Presentation
2022 Optimized Front TCO and Metal Grid Electrode for module-integrated Perovskite-Silicon Tandem Solar cells
Messmer, C.; Tutsch, L.; Pingel, S.; Erath, D.; Schön, J.; Fell, A.; Goldschmidt, J.C.; Goraya, B.S.; Clement, F.; Lorenz, A.; Nold, S.; Bivour, M.; Glunz, S.W.; Hermle, M.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Monolithic 2-Terminal Perovskite Silicon Tandem Solar Cells
Schulze, Patricia; Kabakli, Özde Seyma; Meßmer, Christoph Alexander; Heydarian, Minasadat; Er-Raji, Oussama; Heydarian, Maryamsadat; Efinger, Raphael; Schultz-Wittmann, Oliver; Fischer, Oliver; Bett, Alexander J.; Tutsch, Leonard; Pingel, Sebastian; Schubert, Martin; Hatt, Thibaud; Erath, Denis; Bivour, Martin; Goldschmidt, Jan Christoph; Glunz, Stefan; Hermle, Martin
Vortrag
Presentation
2022 Light trapping gratings for solar cells: An analytical period optimization approach
Bläsi, Benedikt; Hanser, Mario; Jäger, Klaus; Höhn, Oliver
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Tuning Perovskite Crystallization in the Hybrid Route
Mahmoud, Mohamed Abdelaziz Abdelnaby; Schulze, Patricia; Bett, Andreas W.; Er-Raji, Oussama
Vortrag
Presentation
2022 Complex refractive indices of Spiro-TTB and C60 for optical analysis of perovskite silicon tandem solar cells
Sittinger, Volker; Schulze, Patricia; Meßmer, Christoph Alexander; Pflug, Andreas; Goldschmidt, Jan Christoph
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Upscaling of Perovskite-Silicon Tandem Solar Cells
Schultz-Wittmann, Oliver; Schulze, Patricia; Er-Raji, Oussama; Efinger, Raphael; Kabakli, Özde Seyma; Heydarian, Maryamsadat; Mc Mullin, Kaitlyn; Fischer, Oliver; Bett, Alexander J.; Erath, Denis; Pingel, Sebastian; Heitmann, Ulrike; Kiaee, Zohreh; Kohlstädt, Markus; Kore, Bhushan; Nagel, Henning; Schubert, Martin; Bivour, Martin; Goldschmidt, Jan Christoph; Borchert, Anna Juliane; Hermle, Martin; Glunz, Stefan
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Monolithic 2-Terminal Perovskite Silicon Tandem Solar Cells
Schulze, Patricia; Kabakli, Özde Seyma; McMullin, Kaitlyn; Heydarian, Minasadat; Er-Raji, Oussama; Heydarian, Maryamsadat; Efinger, Raphael; Schultz-Wittmann, Oliver; Meßmer, Christoph Alexander; Bett, Alexander J.; Fischer, Oliver; Tutsch, Leonard; Erath, Denis; Pingel, Sebastian; Hatt, Thibaud; Schubert, Martin; Bivour, Martin; Goldschmidt, Jan Christoph; Hermle, Martin; Glunz, Stefan
Vortrag
Presentation
2022 Monolithic 2-Terminal Perovskite Silicon Tandem Solar Cells
Schulze, Patricia; Kabakli, Özde Seyma; Bivour, Martin; Heydarian, Minasadat; Er-Raji, Oussama; Heydarian, Maryamsadat; Efinger, Raphael; Schultz-Wittmann, Oliver; Meßmer, Christoph Alexander; Bett, Alexander J.; Fischer, Oliver; Tutsch, Leonard; Erath, Denis; Pingel, Sebastian; Hatt, Thibaud; Schubert, Martin; Goldschmidt, Jan Christoph; Hermle, Martin; Glunz, Stefan
Vortrag
Presentation
2022 Calibration of metastable tandem solar cells
Hohl-Ebinger, Jochen; Reichmuth, Kasimir; Chojniak, David; Rauer, Michael; Schachtner, Michael; Siefer, Gerald
Vortrag
Presentation
2022 TCO and Grid Electrodes for Perovskite-Silicon Tandem Solar Cells: Basic Considerations and Upscaling Aspects
Messmer, Christoph; Tutsch, Leonard; Pingel, Sebastian; Schön, Jonas; Fell, Andreas; Goldschmidt, Jan Christoph; Goraya, Baljeet Singh; Clement, Florian; Lorenz, Andreas; Nold, Sebastian; Bivour, Martin; Hermle, Martin
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Stable, cost-effective, sustainable and recyclable perovskite photovoltaics using carbon-based electrodes
Bogachuk, Dmitry; Wagner, Lukas; Windt, Peter Van Der; Martineau, David; Zouhair, Salma; Hinsch, Andreas
Vortrag
Presentation
2022 How to make perovskite photovoltaic devices stable under reverse bias
Bogachuk, Dmitry; Wagner, Lukas; Martineau, David; Zouhair, Salma; Hinsch, Andreas
Vortrag
Presentation
2022 Impact of Lateral Effects on EQE Measurements of Large Scale Tandem Solar Cells
Reichmuth, Kasimir; Fell, Andreas; Siefer, Gerald; Schachtner, Michael; Chojniak, David; Fischer, Oliver; Mühleis, Matthias; Rauer, Michael; Hohl-Ebinger, Jochen; Schubert, Martin C.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Plated Copper Electrodes for Two-Terminal Perovskite Silicon Tandem Solar Cells
Hatt, Thibaud; Schulze, Patricia; Er-Raji, Oussama; Richter, Armin; Schultz-Wittmann, Oliver; Efinger, Raphael; Tutsch, Leonard; Kabakli, Özde Seyma; Goldschmidt, Jan Christoph; Kluska, Sven; Glatthaar, Markus; Bartsch, Jonas; Glunz, Stefan
Vortrag
Presentation
2022 Spectrometric Determination of Current Matching in Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells
Bett, Alexander J.; Chojniak, David; Schachtner, Michael; Reichmuth, Kasimir; Schulze, Patricia; Kabakli, Özde Seyma; Schindler, Florian; Heydarian, Maryamsadat; King, Hunter; Sittinger, Volker; Goldschmidt, Jan Christoph; Hohl-Ebinger, Jochen; Siefer, Gerald; Bett, Andreas W.; Schubert, Martin
Vortrag
Presentation
2022 Photonic Thin Film Annealing Processes for Solar Cells
Münzer, Anna
Vortrag
Presentation
2022 Efficient Charge Carrier Extraction in Perovskite-Silicon Tandem Solar Cells Investigated by Numerical Simulation
Meßmer, Christoph Alexander; Schön, Jonas; Würfel, Uli; Schulze, Patricia; Schubert, Martin; Bivour, Martin; Glunz, Stefan; Hermle, Martin
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Tackling the Challenges for Industrialization of Perovskite Silicon Tandem Solar Cells
Goldschmidt, J.C.; Schulze, P.S.C.; Kabakli, Ö.S.; Bett, A.J.; Bivour, M.; Efinger, R.; Feldmann, F.; Fett, B.; Gerspacher, F.M.; Goraya, B.S.; Herbig, B.; Heydarian, M.; King, H.; Lange, S.; Luderer, C.; Messmer, C.; Nagel, H.; Naumann, V.; Nold, S.; Penn, M.; Reichel, C.; Schubert, M.C.; Romero Sierra, C.A.; Sittinger, V.; Tutsch, L.; Hermle, M.; Glunz, S.W.
Vortrag
Presentation
2021 High-Efficiency Monolithic Photosupercapacitors: Smart Integration of a Perovskite Solar Cell with a Mesoporous Carbon Double-Layer Capacitor
Berestok, Taisiia; Diestel, Christian; Ortlieb, Niklas; Büttner, Jan; Matthews, Joel; Schulze, Patricia; Goldschmidt, Jan Christoph; Glunz, Stefan; Fischer, Anna
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Solarstrom als Pfeiler des Energiewandels
Bett, A.W.
Vortrag
Presentation
2021 Monolithic 2-terminal perovskite silicon tandem solar cells
Schulze, Patricia; Kabakli, Özde Seyma; Bett, Alexander J.; Bivour, Martin; Efinger, Raphael; Fett, Bastian; Hähnel, Angelika; Hagendorf, Christian; Herbig, Bettina; Heydarian, Maryamsadat; Heydarian, Minasadat; King, Hunter; Lange, Stefan; Luderer, Christoph; Meßmer, Christoph Alexander; Naumann, Volker; Penn, Michaela; Romero Sierra, Camila A.; Schubert, Martin; Sittinger, Volker; Tutsch, Leonard; Hermle, Martin; Glunz, Stefan W.; Bett, Andreas W.; Goldschmidt, Jan Christoph
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Quantifying Losses of Perovskite Solar Cells with Carbon-based Back-contacts and Outlining a Roadmap on Boosting their Power Conversion Efficiencies
Bogachuk, D.; Yang, B.; Suo, J.; Martineau, D.; Verma, A.; Narbey, S.; Anaya, M.; Frohna, K.; Müller, D.; Doherty, T.; Zouhair, S.; Herterich, J.; Wagner, L.; Hagfeldt, A.; Würfel, U.; Stranks, S.; Hinsch, A.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Electroplated Copper Metal Contacts on Perovskite Solar Cells
Hatt, T.; Kabakli, Ö.; Schulze, P.; Richter, A.; Glunz, S.W.; Glatthaar, M.; Goldschmidt, J.C.; Bartsch, J.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica

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