Grafen som frontkontakt til silicium-perovskit tandem solceller

Siliciumabsorbere omdanner primært den røde del af solspektret meget effektivt til elektrisk energi, hvorimod de blå dele er delvist tabt som varme. For at reducere dette tab, siliciumcellen kan kombineres med en ekstra solcelle, der primært konverterer de blå dele.

Teams hos HZB har allerede opnået stor erfaring med denne slags tandemceller. Et særligt effektivt supplement til konventionelt silicium er hybridmaterialet kaldet perovskit. Den har et båndgab på 1,6 elektronvolt med organiske såvel som uorganiske komponenter. Imidlertid, det er meget vanskeligt at forsyne perovskitlaget med en gennemsigtig frontkontakt. Mens sputteraflejring af indiumtinoxid (ITO) er almindelig praksis for uorganiske siliciumsolceller, denne teknik ødelægger de organiske komponenter i en perovskitcelle.

Nu har en gruppe ledet af prof. Norbert Nickel introduceret en ny løsning. Dr. Marc Gluba og ph.d.-studerende Felix Lang har udviklet en proces til at dække perovskitlaget jævnt med grafen. Grafen består af carbonatomer, der har arrangeret sig i et todimensionalt bikagegitter, der danner en ekstremt tynd film, der er meget ledende og meget gennemsigtig.

Som et første skridt, forskerne fremmer væksten af ​​grafen på kobberfolie fra en metanatmosfære ved omkring 1000 grader Celsius. For de efterfølgende trin, de stabiliserer det skrøbelige lag med en polymer, der beskytter grafenen mod at revne. I det følgende trin, Felix Lang ætser kobberfolien væk. Dette sætter ham i stand til at overføre den beskyttede grafenfilm til perovskitten. "Dette udføres normalt i vand. Grafenfilmen flyder på overfladen og fiskes ud af solcellen, så at sige. Imidlertid, i dette tilfælde virker denne teknik ikke, fordi perovskittens ydeevne forringes med fugt. Derfor var vi nødt til at finde en anden væske, der ikke angriber perovskit, dog ligner vand så meget som muligt", forklarer Gluba.

Efterfølgende målinger viste, at grafenlaget er en ideel frontkontakt i flere henseender. Takket være dens høje gennemsigtighed, ingen af ​​sollysets energi går tabt i dette lag. Men den største fordel er, at der ikke er spændinger i det åbne kredsløb, der almindeligvis observeres for sputterede ITO-lag. Dette øger den samlede konverteringseffektivitet. "Denne løsning er forholdsvis enkel og billig at implementere", siger Nickel. "For første gang, det er lykkedes at implementere grafen i en perovskit-solcelle. Dette gjorde det muligt for os at bygge en højeffektiv tandem-enhed."