Neue Methode: erhöhte Solar-Effizienz durch fortschrittliche organische Beschichtungen auf Tandemzellen

BerlinForscher haben eine Methode entwickelt, um die Effizienz von Solarzellen durch eine spezielle organische Beschichtung zu steigern. Sie haben Solarzellen aus Silizium und Perowskit verbessert, was zu effizienteren und kostengünstigeren Solarmodulen führen könnte.

In Solarzellen trifft Licht auf ein Halbleitermaterial und löst Elektronen heraus, wodurch positiv geladene Löcher entstehen. Diese Ladungen werden dann als elektrischer Strom gesammelt. Tandemzellen verwenden zwei verschiedene Halbleitermaterialien, um ein breiteres Spektrum des Sonnenlichts einzufangen und dadurch effizienter zu sein. Das Hauptpaar besteht aus Silizium, das rotes und nahes Infrarotlicht einfängt, und Perowskit, das sichtbares Licht gut absorbiert.

Höhepunkte:

• Kostengünstige Siliziumwafer aus dem Czochralski-Verfahren weisen Oberflächenmikrostrukturen auf.
• Diese Mikrostrukturen verbessern die Lichtaufnahme, führen jedoch zu Defekten bei der Beschichtung mit Perowskit.
• Eine neue organische Beschichtung mit CF3-TEA glättet Defekte und verbessert die elektronischen Eigenschaften.
• Mit dieser Beschichtung wurde bei Tandem-Solarzellen eine Effizienz von fast 31 % erreicht.

Die neue Forschung nutzt günstigere Siliziumwafer, die im Czochralski-Verfahren hergestellt werden und mikroskopisch kleine pyramidenartige Strukturen aufweisen. Diese Strukturen tragen zur besseren Lichtabsorption bei, da sie weniger Licht reflektieren. Normalerweise werden teurere, polierte Siliziumwafer in Perowskit/Silizium-Systemen verwendet.

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Diese mikrostrukturierten Oberflächen haben ein Problem: Werden sie mit Perowskit beschichtet, entstehen oft Defekte, die Effizienz und Stabilität verringern. Diese Defekte behindern den Elektronentransport, was zu Energieverlusten durch nicht lichtemittierende Prozesse führt.

Das Forscherteam unter der Leitung von Prof. Kai Yao hat eine Lösung gefunden. Sie verwenden ein Sprühverfahren, um eine spezielle Chemikalie namens CF3-TEA aufzutragen. Dabei entsteht eine gleichmäßige Schicht, selbst auf winzigen, unebenen Oberflächen. Die robusten Eigenschaften dieser CF3-TEA-Beschichtung verringern die durch Oberflächenfehler verursachten Probleme deutlich.

Die Beschichtung verringert den Elektronenverlust und ermöglicht einen effizienteren Elektronentransfer zur Elektronenfangschicht. Durch die Änderung mit CF3-TEA konnten Perowskit/Silizium-Tandem-Solarzellen eine Effizienz von fast 31 % erreichen und bleiben über die Zeit stabil.

Diese neue Entwicklung ist aufregend, da sie den Einsatz kostengünstiger Silizium-Wafer ermöglicht, ohne die Effizienz von Solarzellen zu verringern. Die Fähigkeit, hohe Effizienz und Stabilität mit günstigen Materialien zu bewahren, könnte einen großen Fortschritt für erneuerbare Energien bedeuten. Dies könnte die Solarenergie zugänglicher machen und zu einer breiteren Nutzung weltweit führen.