Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen gelten als Schlüsseltechnologie, um künftig über 30 Prozent Wirkungsgrad in der Photovoltaik zu erreichen. Ihre Kombination aus einem Perowskit-Topzellenschicht und einer hocheffizienten Silizium-Bottom-Zelle nutzt das Sonnenlicht besser aus als bisherige Einzelzellen.
Die besten Wirkungsgrade werden bislang jedoch fast ausschließlich auf kleinen Zellflächen von rund einem Quadratzentimeter gemessen. Diese kleinen Testzellen dienen in der Forschung als schnelle Plattform, um Materialien und Herstellungsprozesse zu bewerten. Doch diese Miniaturzellen zeigen nicht immer das volle Effizienzpotenzial – unter anderem durch sogenannte Perimeterverluste.
Unser Forschungsteam des NextGenPV Projekts hat zusammen mit der Leibniz Universität Hannover untersucht, wie stark der verschattete Teil der Solarzelle – der Perimeter - die Messergebnisse von Perowskit-Silizium-Tandemzellen beeinflussen.
Dazu wurden experimentelle Messungen und Simulationen an zweipoligen Tandemzellen mit Poly-Silizium-passivierten Bottom-Zellen durchgeführt. Durch gezieltes Abdecken der Zellen mit verschiedenen Masken und den Einsatz numerischer Modelle konnte das Team die Spannungs- und Effizienzverluste einzelnen Zellbereichen zuordnen.
Zentrale Ergebnisse
- Beste gemessene Zelle: 26.7 % Wirkungsgrad
- Bei 1 cm² beleuchteter Fläche entfallen 1.2 % absolute Effizienzverlust auf den Perimeter.
- Simulationen zeigen: Perimeterverluste stark abhängig von der Idealität der einzelnen Solarzellen und der Rekombination an der Zellkante
Warum ist das wichtig?
Die Ergebnisse zeigen, dass kleine Zellen oft nicht das tatsächliche Effizienzpotenzial widerspiegeln. Wer also Laborergebnisse verschiedener Technologien vergleicht, sollte nicht nur die aktive Zellfläche, sondern auch die Randbereiche berücksichtigen.
Das Forschungsteam empfiehlt, künftig bei der Angabe von Solarzellenwirkungsgraden neben der beleuchteten Fläche auch die Perimeterfläche zu dokumentieren. Nur so lassen sich Messergebnisse verschiedener Labore und Technologien fair vergleichen.
Die Erkenntnisse tragen dazu bei, den Weg von Laborzellen zu industriellen Tandemsolarzellenbesser zu verstehen. Sie helfen, Herstellungsprozesse gezielter zu verbessern und die Bewertung neuer Tandemtechnologien zu vereinheitlichen. Damit leistet die Arbeit einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung hocheffizienter Tandemsolarzellen.