Graphen als Frontkontakt für Silizium-Perowskit-Tandem-Solarzellen: Team entwickelt erstmals ein elegantes Verfahren zur Beschichtung fragiler Perowskit-Schichten mit Graphen | 2020

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Anonim

Die Teams des HZB haben bereits umfangreiche Erfahrungen mit solchen Tandemzellen gesammelt. Eine besonders effektive Ergänzung zu herkömmlichem Silizium ist das Hybridmaterial Perowskit. Es hat eine Bandlücke von 1,6 Elektronenvolt mit organischen sowie anorganischen Bestandteilen. Es ist jedoch sehr schwierig, die Perowskitschicht mit einem transparenten Frontkontakt zu versehen. Während die Sputter-Abscheidung von Indiumzinnoxid (ITO) für anorganische Siliziumsolarzellen üblich ist, zerstört diese Technik die organischen Bestandteile einer Perowskitzelle.

Graphen als transparenter Frontkontakt:

Nun hat eine Gruppe um Prof. Norbert Nickel eine neue Lösung vorgestellt. Dr. Marc Gluba und Doktorand Felix Lang haben ein Verfahren entwickelt, um die Perowskitschicht gleichmäßig mit Graphen zu bedecken. Graphen besteht aus Kohlenstoffatomen, die sich zu einem zweidimensionalen Wabengitter zusammengeschlossen haben und einen extrem dünnen Film bilden, der hochleitfähig und hochtransparent ist.

Fischen auf Graphen:

In einem ersten Schritt fördern die Wissenschaftler das Wachstum des Graphens auf Kupferfolie aus einer Methanatmosphäre bei etwa 1000 Grad Celsius. Für die folgenden Schritte stabilisieren sie die zerbrechliche Schicht mit einem Polymer, das das Graphen vor Rissen schützt. Im nächsten Schritt ätzt Felix Lang die Kupferfolie weg. Dadurch kann er den geschützten Graphenfilm auf den Perowskit übertragen. Dies wird normalerweise in Wasser durchgeführt. Der Graphenfilm schwimmt auf der Oberfläche und wird sozusagen von der Solarzelle herausgefischt. In diesem Fall funktioniert diese Technik jedoch nicht, da die Leistung des Perowskits mit der Feuchtigkeit abnimmt. Deshalb mussten wir eine andere Flüssigkeit finden, die Perowskit nicht angreift und dennoch so ähnlich wie möglich Wasser ist ", erklärt Gluba.

Idealer Frontkontakt:

Nachfolgende Messungen ergaben, dass die Graphenschicht in mehrfacher Hinsicht ein idealer Frontkontakt ist. Dank seiner hohen Transparenz geht in dieser Schicht keine Energie des Sonnenlichts verloren. Der Hauptvorteil ist jedoch, dass es keine Leerlaufspannungsverluste gibt, die üblicherweise für gesputterte ITO-Schichten beobachtet werden. Dies erhöht die Gesamtumwandlungseffizienz. "Diese Lösung ist vergleichsweise einfach und kostengünstig zu implementieren", sagt Nickel. "Zum ersten Mal ist es uns gelungen, Graphen in eine Perowskit-Solarzelle zu integrieren. Dadurch konnten wir ein hocheffizientes Tandem-Gerät bauen."