Wissenschaftler entwickeln Strategie zur Verbesserung der Leistung flexibler Tandem-Solarzellen
Chinesische Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, flexible Tandem-Solarzellen effizienter und haltbarer zu machen, indem sie die Haftung der oberen Schichten an den unteren Schichten der Zelle verbessern.
Flexible Perowskit/CIGS-Tandem-Solarzellen, die mit Hilfe des Antisolvent-Saatverfahrens entwickelt wurden.
Image by NIMTE
Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) ist ein kommerzieller Halbleiter, der für seine hervorragende einstellbare Bandlücke, seine starke Lichtabsorption, seine Empfindlichkeit bei niedrigen Temperaturen und seine hervorragende Betriebsstabilität bekannt ist.
Die flexible Perowskit/CIGS-Tandemsolarzelle kombiniert eine obere Schicht aus Perowskit - einem Material, das Sonnenlicht effizient in Strom umwandelt - mit einer unteren Schicht aus CIGS. Diese Tandemzelle birgt daher ein großes Potenzial für leichte, hocheffiziente Anwendungen im Bereich der Photovoltaik. Aufgrund der rauen Oberfläche von CIGS ist es jedoch schwierig, qualitativ hochwertige Perowskit-Deckschichten herzustellen, was die kommerziellen Aussichten dieser Tandemzellen einschränkt.
In einer Studie, die in Nature Energyveröffentlicht wurde, hat eine Forschergruppe unter der Leitung von Prof. YE Jichun vom Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eine innovative Antisolvent-Strategie entwickelt, um die Leistung von Perowskit-Topzellen auf rauen Oberflächen zu verbessern.
Die Wissenschaftler trennten die Prozesse der Adsorption und der Auflösung der selbstorganisierten Monoschicht (SAM) und integrierten gleichzeitig das Perowskit-Seeding. Sie verwendeten ein hochpolares Lösungsmittel, um eine SAM-Klumpenbildung während der Auflösung zu verhindern, während ein niedrigpolares Lösungsmittel als Antisolvens fungierte, um die Bildung einer dichten SAM während der Adsorption zu fördern. Darüber hinaus verbesserte eine vorgemischte Keimschicht die Benetzbarkeit und Kristallinität des Perowskits und sorgte für eine starke Haftung auf dem Substrat.
Mit diesen Innovationen konnte das Team eine 1,09 cm² große flexible monolithische Perowskit/CIGS-Tandemsolarzelle herstellen. Im Vergleich zu den besten starren Solarzellen erreichte die Zelle einen beeindruckenden stabilisierten Wirkungsgrad von 24,6 % (zertifiziert mit 23,8 %), einen der bisher höchsten Werte für flexible Dünnschichtsolarzellen.
Nach 320 Betriebsstunden und 3.000 Biegezyklen bei einem Radius von 1 cm behielt das Gerät mehr als 90 % seines ursprünglichen Wirkungsgrads, was eine außergewöhnliche mechanische Beständigkeit und Langzeitstabilität beweist.
Diese Leistung ebnet den Weg für die Entwicklung kostengünstiger, hochleistungsfähiger flexibler Tandem-Solarzellen und bringt die kommerzielle Anwendung der Tandem-Solarzellentechnologie voran.
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Originalveröffentlichung
Zhiqin Ying, Shiqian Su, Xin Li, Guoxin Chen, Chongyan Lian, Dikai Lu, Meili Zhang, Xuchao Guo, Hao Tian, Yihan Sun, Linhui Liu, Chuanxiao Xiao, Yuheng Zeng, Chao Zhang, Xi Yang, Jichun Ye; "Antisolvent seeding of self-assembled monolayers for flexible monolithic perovskite/Cu(In,Ga)Se2 tandem solar cells"; Nature Energy, 2025-4-18
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