Perowskit-Silizium-Tandems könnten Solarenergie schnell verändern – pv magazine international
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Herkömmliche Siliziumhalogenid-kombinierte Perowskite könnten der Solarenergie helfen, die Effizienzschwelle von 26 % zu durchbrechen und die Technologie zu stören, ohne kommerzielle Systeme zu stören.
Von pv magazine USA
Forscher von Oxford PV, einem Spin-off-Unternehmen der Universität Oxford, das sich auf Perowskite konzentriert, haben an einer Effizienzlösung gearbeitet, von der sie glauben, dass sie dazu beitragen kann, Solarenergie schneller zu entwickeln.
Die Gruppe nutzt Perowskite, um mehr Energie aus Solarzellen zu gewinnen und übertrifft damit die 26-prozentige „Shockley-Queisser“-Effizienzgrenze herkömmlicher Siliziummaterialien.
Perowskite erfüllen alle optoelektronischen Anforderungen einer Photovoltaikzelle und können mit bestehenden Verfahren hergestellt werden. Perowskite können zusammen mit Silizium einer herkömmlichen Zelle überlagert werden. Diese Eigenschaften, so die Entwickler, machen Perowskite zu idealen Plug-and-Play-Materialien für die Integration in die Siliziumtechnologie.
Metallhalogenid-Perowskite wurden wegen ihrer Eigenschaften von der Forschungsgemeinschaft ins Visier genommen und sind seit über einem Jahrzehnt Gegenstand von Forschung und Entwicklung. Perowskite sind in vielerlei Hinsicht eine Siliziumschicht, sagten die Forscher. Während Silizium ein schwach absorbierendes Material ist, das aufgrund seiner indirekten Bandlücke Hunderte von Mikrometern Dicke benötigt, um das Sonnenlicht vollständig zu absorbieren, sind Perowskite hochabsorbierende Halbleiter mit direkter Bandlücke. Als solche benötigen sie weniger als einen Mikrometer Materialstärke.
Silizium erfordert energieintensive Herstellungsprozesse, um die hochreinen Einkristalle zu erzeugen, die für geringe Defektdichten erforderlich sind, wobei Perowskite von Natur aus defekttolerant sind und bei niedrigen Temperaturen zu polykristallinen Zellen verarbeitet werden können.
Obwohl sich die beiden Materialien recht unterschiedlich verhalten, sind das Endergebnis zwei hochwertige Materialien, die bei kostengünstigen Herstellungswegen einen Wirkungsgrad von etwa 26 % bei der Stromumwandlung erreichen können.
Die durch die Perowskit-Tandemzellen erzeugte erhöhte Effizienz könnte dazu beitragen, einen Teil der Kohlenstoffemissionen auszugleichen, die zur Herstellung von hochreinem Silizium für konventionelle Photovoltaik-Solarzellen erforderlich sind, sagte Oxford PV.
Die Kombination von Perowskiten im Tandem mit Silizium, anstatt einen Prozess für reinen Perowskit oder eine andere Kombination von Materialien zu rekonstruieren, ermöglicht eine schnellere und kostengünstigere Skalierung der Herstellung. Darüber hinaus enthalten bestehende Lieferketten bereits die physikalischen Elemente, aus denen Perowskitmaterialien bestehen, was den Weg für eine schnelle Skalierung der Technologie ebnet.
Es gibt Zellen mit höherem Wirkungsgrad, wie beispielsweise die III-V-Mehrfachübergangsgeräte von Spectrolab und Azur Space. Diese werden jedoch im Allgemeinen im Weltraum verwendet, wo die Kosten weniger kritisch sind als die Minimierung der Fläche des Wafers. Diese Zellen können mit einem Wirkungsgrad von 40 % betrieben werden, sind jedoch teuer und können derzeit nicht so mit dem herkömmlichen Siliziummarkt konkurrieren, wie es Tandemzellen könnten.
Oxford PV untersucht seit sieben Jahren Tandemzellen, und die Gruppe sagte, dass sie nun in einer Fabrik in Brandenburg, Deutschland, mit der kommerziellen Massenproduktion beginnen soll. Die internationale Technologie-Roadmap für Photovoltaik sieht den Eintritt in den Tandemzellenmarkt nach 2023 vor.
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