Kiselabsorbenter omvandlar i första hand den röda delen av solspektrumet mycket effektivt till elektrisk energi, medan de blå delarna delvis går förlorade som värme. För att minska denna förlust, kiselcellen kan kombineras med en extra solcell som i första hand omvandlar de blå delarna.

Teamen på HZB har redan skaffat sig lång erfarenhet av den här typen av tandemceller. Ett särskilt effektivt komplement till konventionellt kisel är hybridmaterialet som kallas perovskit. Den har ett bandgap på 1,6 elektronvolt med såväl organiska som oorganiska komponenter. Dock, det är mycket svårt att förse perovskitskiktet med en transparent frontkontakt. Medan sputterdeponering av indiumtennoxid (ITO) är vanlig praxis för oorganiska kiselsolceller, denna teknik förstör de organiska komponenterna i en perovskitcell.

Nu har en grupp under ledning av prof. Norbert Nickel introducerat en ny lösning. Dr Marc Gluba och doktoranden Felix Lang har utvecklat en process för att täcka perovskitskiktet jämnt med grafen. Grafen består av kolatomer som har ordnat sig i ett tvådimensionellt bikakegitter som bildar en extremt tunn film som är mycket ledande och mycket transparent.

Som ett första steg, forskarna främjar tillväxten av grafen på kopparfolie från en metanatmosfär vid cirka 1000 grader Celsius. För de efterföljande stegen, de stabiliserar det ömtåliga lagret med en polymer som skyddar grafenet från att spricka. I följande steg, Felix Lang etsar bort kopparfolien. Detta gör det möjligt för honom att överföra den skyddade grafenfilmen till perovskiten. "Detta utförs normalt i vatten. Grafenfilmen flyter på ytan och fiskas ut av solcellen, så att säga. Dock, i det här fallet fungerar inte denna teknik, eftersom perovskitens prestanda försämras med fukt. Därför var vi tvungna att hitta en annan vätska som inte angriper perovskit, ändå är så lik vatten som möjligt", förklarar Gluba.

Efterföljande mätningar visade att grafenskiktet är en idealisk frontkontakt i flera avseenden. Tack vare dess höga transparens, ingen av solljusets energi går förlorad i detta lager. Men den största fördelen är att det inte finns några öppna spänningsförluster, som vanligtvis observeras för förstoftade ITO-skikt. Detta ökar den totala konverteringseffektiviteten. "Denna lösning är förhållandevis enkel och billig att implementera", säger Nickel. "För första gången, vi har lyckats implementera grafen i en perovskitsolcell. Detta gjorde det möjligt för oss att bygga en högeffektiv tandemenhet."