Genom att kombinera två halvledartunna filmer i en tandemsolcell kan höga verkningsgrader nås med ett mycket lågt miljöavtryck. Forskare vid Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) och Humboldtuniversitetet i Berlin har nu utvecklat en tandemsolcell av så kallade CIGS (se nedan) och perovskit som uppnår en verkningsgrad på 24,6 procent.
Resultatet har certifierats av det oberoende Fraunhoferinstitutet för solenergisystem.
Tunnfilmsolceller sparar material och energi
CIGS solceller har en tunn film av kopparindium selenid och koppar gallium selenid och en spårmängd av natrium. Den CIGS-film fungerar som en direkt bandgap-halvledare och bildar en heterojunktion, eftersom bandgapet i de två olika materialen är ojämnt. Tunnfilmscellen deponeras på ett substrat, såsom soda-limeglas, metall eller en polyamidfilm för att bilda den bakre ytkontakten.
Om ett icke-ledande material väljs för substratet, används en metall, såsom molybdenum, som en ledare. Den främre ytkontakten måste kunna leda elektricitet och vara genomskinlig så att ljuset når cellen. Material som indiumtennoxid, dopad zinkoxid eller, mer nyligen, avancerade organiska filmer baserade på nano-bearbetat kol används för att tillhandahålla den ohmiska kontakten.
Tunnfilmsolceller kräver mycket lite energi och material för att tillverkas, vilket gör dem till ett miljövänligt alternativ. Förutom de mer etablerade kiselbaserade solcellerna finns tunnfilmsolceller som använder grundämnen som koppar, indium, gallium och selen – så kallade CIGS-celler. Dessa kan dessutom appliceras på flexibla underlag.
Ny tandemcell sätter världsrekord
Experter från HZB och Humboldtuniversitetet i Berlin har utvecklat en tandemsolcell som kombinerar en CIGS-bas med en perovskitbaserad toppcell. Genom att förbättra kontaktlagren mellan de två cellerna har forskarna lyckats höja verkningsgraden till 24,6 procent. Detta är det nuvarande världsrekordet, vilket har bekräftats av Fraunhoferinstitutet för solenergisystem i Freiburg.
Ett resultat av samarbete och expertis
Den nya rekordcellen är frukten av ett framgångsrikt lagarbete. Toppcellen har utvecklats av Thede Mehlhop, masterstudent vid Tekniska universitetet i Berlin, under handledning av Stefan Gall. Perovskitlagret har producerats i det gemensamma laboratoriet mellan HZB och Humboldtuniversitetet. CIGS-cellen och kontaktlagren har tagits fram av HZB-forskaren Guillermo Farias Basulto, som också använde det avancerade klustersystemet KOALA för att avsätta perovskiter och kontaktlager i vakuum.
– Vid HZB har vi högspecialiserade laboratorier och experter som är ledande inom sina områden. Med denna rekordtandemcell har de återigen visat hur effektivt de samarbetar, säger professor Rutger Schlatmann, talesperson för solenergiavdelningen vid HZB.
Fortsatt utveckling kan ge ännu högre verkningsgrad
Detta är inte första gången HZB uppnår världsrekord inom tandemsolceller. Tidigare har forskarteamet nått rekordresultat för tandemceller av kisel och perovskit, samt för kombinationen CIGS och perovskit.
– Vi är övertygade om att CIGS-perovskit-tandemceller kan nå ännu högre verkningsgrader, sannolikt mer än 30 procent, säger professor Rutger Schlatmann.
Källor: Science Daily / Fraunhoferinstitutet