Perovskite/CIGS tandemcelle med rekordeffektivitet på 24,6 procent

I dag på EU PVSEC-konferencen, imec, verdens førende forsknings- og innovationshub inden for nanoelektronik, energi og digitale teknologier, præsenterer en tynd-film tandem solcelle bestående af en top perovskite celle udviklet af Imec i partnerskaber mellem EnergyVille og Solliance, og en nederste CIGS-celle fra Center for Solar Energy and Hydrogen Research (ZSW, Stuttgart, Tyskland). Tandemcellen, der er resultatet af dette samarbejde, opnår en rekordeffektiv effektivitet på 24,6 procent.

Perovskit-topcellen i tandemet bruger lys i den synlige del af solspektret, mens lyset i nær-IR-spektret, der passerer gennem perovskitcellen, høstes af den underliggende CIGS-celle. På denne måde tandemcellen klarer sig markant bedre end de selvstændige perovskit- og CIGS-celler. I øvrigt, både perovskit- og CIGS-celler er tyndfilmssolceller, baner vejen for højeffektive fleksible solceller og bygger integrerede solcelleløsninger (BIPV).

Den 4-terminale tandem består af en perovskit solcelle stablet oven på en CIGS celle, baseret på et fuldt skalerbart enhedskoncept for at muliggøre industriel anvendelse af processen. Den nye rekordeffektivitet på 24,6 procent blev opnået takket være flere innovationer. Først og fremmest, transmittansen af ​​perovskitcellen for nær-IR-lys blev forbedret ved at tilføje optiske koblingslag til tandemstakken og ved at optimere de transparente elektroder. For det andet selve perovskitten blev optimeret i form af et bredt båndgab på 1,72 eV for højere tandemeffektivitet.

CIGS-cellen med en størrelse på 0,5 cm² er blevet fremstillet ved højeffektivitetslinjen hos ZSW, anvender alle optimerede processer, der er nødvendige for klargøring af optageenheder. Det var således den ideelle prøve til kombination med perovskitcellen. Yderligere forbedringer af teknologien vil i sidste ende bane vejen for tyndfilm tandemsolceller med effektiviteter på mere end 30 procent.

"Vi arbejder på to typer tandemceller, " forklarer Tom Aernouts, gruppeleder for tyndfilm solcelle hos imec/EnergyVille. "Vi kombinerer vores state-of-the-art perovskite teknologi med silicium eller CIGS bundceller. Fordelen ved CIGS er, at det er en tyndfilm teknologi, ligesom perovskite, og at tandemcellerne derfor kan fremstilles i en lang række forskellige former og størrelser. Dette gør det muligt at bruge denne teknologi i bygningsintegrerede PV-applikationer. Det fremtidige arbejde vil fokusere på at opskalere teknologien mod større moduler. I øvrigt, vi vil også se på at udvikle løsninger til to-terminale celler på grund af deres betydning for PV-industrien. Til sidst, det er vores industrielle partneres overtagelse af vores resultater, der er vigtig."

"Vi skylder rekordeffektiviteten til to faktorer, " siger prof. dr. Michael Powalla, medlem af bestyrelsen og leder af solcelleafdelingen hos ZSW. "På den ene side til den forbedrede perovskitcelle, på den anden side til en af ​​verdens bedste effektivitetsgevinster for CIGS-celler. Der er flere parametre for CIGS-cellen, som vi kan optimere med hensyn til dens kombination med perovskit-topcellen. Dermed, vi forventer endnu bedre effektivitetsværdier i fremtiden, baner vejen for yderligere omkostningsreduktioner."

Denne præstation er resultatet af et varigt internationalt samarbejde mellem imec, ZSW og Karlsruhe Institute of Technology.