Bedruckte Beschichtungen ermöglichen effizientere Solarzellen
Forscher in Cambridge, Imperial und Singapur haben ein Verfahren entwickelt, um ultradünne Beschichtungen auf Solarzellen der nächsten Generation aufzudrucken, so dass diese zusammen mit Siliziumsolarzellen arbeiten können, um den Wirkungsgrad zu erhöhen.
Photovoltaik oder Solarzellen absorbieren Sonnenlicht, um sauberen Strom zu erzeugen. Die Photovoltaik kann jedoch nur einen Bruchteil des Sonnenspektrums absorbieren, was ihre Effizienz einschränkt. Der typische Wirkungsgrad eines Solarmoduls beträgt nur 18-20%.
Forscher haben nach einem Weg gesucht, um diese Effizienzgrenze mit einem Ansatz zu überwinden, der kostengünstig ist und weltweit eingesetzt werden kann. Vor kurzem haben Forscher begonnen, Tandem-Solarzellen zu entwickeln, indem sie zwei Solarzellen, die komplementäre Teile des Sonnenspektrums absorbieren, übereinander stapeln. Die vielversprechendste dieser Tandemsolarzellen ist eine Perowskit-Vorrichtung, die auf einer Siliziumvorrichtung gestapelt ist.
Fast alle kommerziellen Solarzellen bestehen aus Silizium, aber Halogenidperowskite sind eine neue Art von Material, das schnell Wirkungsgrade erzielt hat, die mit Silizium vergleichbar sind. Perowskite absorbieren sichtbares Licht, während Silizium nahes Infrarotlicht absorbiert: Eine Perowskit-Silizium-Tandem-Solarzelle könnte innerhalb des nächsten Jahrzehnts realistisch einen Wirkungsgrad von 35% erreichen.
Die Herausforderung bei diesen Tandemsolarzellen besteht jedoch darin, dass die die Perowskit-Solarzelle bedeckende Elektrode transparent sein muss und diese transparente Elektrode unter Verwendung energiereicher Prozesse abgeschieden wird, die den Perowskit beschädigen.
Ein Forscherteam des Cambridge Department of Materials Science and Metallurgy unter der Leitung von Professor Judith Driscoll und Dr. Robert Hoye hat in Zusammenarbeit mit dem Imperial College London und dem Solar Energy Research Institute in Singapur eine Methode entwickelt, um eine Schutzbeschichtung aus Kupferoxid zu „drucken“ über dem Perowskit-Gerät. Sie haben gezeigt, dass nur eine 3 Nanometer dicke Beschichtung ausreicht, um eine Beschädigung des Perowskits nach dem Abscheiden der transparenten oberen Elektrode zu verhindern. Diese Geräte erreichen zusammen mit einer Siliziumzelle einen Wirkungsgrad von 24,4%. Ihre Ergebnisse werden in der Zeitschrift ACS Energy Letters veröffentlicht .
Der Schlüssel zum Erfolg ist die Fähigkeit ihrer Oxidwachstumsmethode, die Qualität präziser Techniken auf Vakuumbasis zu reproduzieren, jedoch unter freiem Himmel und viel schneller. Dies minimiert jegliche Beschädigung des Perowskits beim Beschichten mit dem Oxid, während sichergestellt wird, dass das gewachsene Oxid eine hohe Dichte aufweist, so dass nur eine sehr dünne Schicht erforderlich ist, um den Perowskit vollständig zu schützen. Dieser dampfbasierte „Oxiddrucker“ kann auf kommerzielle Standards skaliert werden.
- Robert A. Jagt et al. ‘Rapid Vapor-Phase Deposition of High-Mobility p-Type Buffer Layers on Perovskite Photovoltaics for Efficient Semitransparent Devices.’ ACS Energy Letters (2020). DOI: 10.1021/acsenergylett.0c00763
