En ny världsrekordsatt solcell utvecklad av HZB kombinerar halvledarna perovskite och CIGS till en monolitisk "tvåterminal" tandemcell. På grund av den tunnfilmsteknik som används, sådana tandemceller överlever mycket längre i rymden och kan till och med produceras på flexibla filmer. Den nya tandemcellen uppnår en certifierad effektivitet på 24,16 procent.

Tandemceller kombinerar två halvledare som omvandlar olika delar av ljusspektrumet till elektrisk energi. Metallhalogenidperovskitföreningar använder huvudsakligen de synliga delarna av spektrumet, medan CIGS-halvledare omvandlar infrarött ljus. CIGS-celler, som består av koppar, indium, gallium och selen, kan avsättas som tunna filmer med en total tjocklek av endast 3 till 4 mikrometer; perovskitskikten är mycket tunnare, vid 0,5 mikrometer. Den nya tandemsolcellen gjord av CIGS och perovskit har alltså en tjocklek på långt under 5 mikrometer, vilket skulle möjliggöra produktion av flexibla solcellsmoduler.

"Denna kombination är också extremt lätt och stabil mot bestrålning, och kan vara lämpliga för applikationer inom satellitteknik i rymden, " säger Prof. Dr. Steve Albrecht, HZB. Dessa resultat, erhållits i ett stort samarbete, har just publicerats i den berömda tidskriften Joule .

"Den här gången, vi har kopplat bottencellen (CIGS) direkt med toppcellen (perovskite) så att tandemcellen bara har två elektriska kontakter, så kallade terminaler, " förklarar Dr Christian Kaufmann från PVcomB på HZB, som utvecklade CIGS-bottencellen med sitt team. "Introduktionen av rubidium har avsevärt förbättrat CIGS-absorbermaterialet."

Albrecht och hans team har deponerat perovskitskiktet direkt på det grova CIGS-skiktet i HySPRINT-labbet vid HZB. "Vi använde ett trick som vi tidigare hade utvecklat, " förklarar tidigare postdoc från Albrechts grupp Dr. Marko Jošt, som nu är vetenskapsman vid universitetet i Ljubjana, Slovenien. De applicerade så kallade SAM-molekyler på CIGS-skiktet, som bildar ett självorganiserat monomolekylärt skikt, förbättra kontakten mellan perovskite och CIGS.

Den nya perovskite CIGS tandemcellen uppnår en effektivitet på 24,16 procent. Detta värde har officiellt certifierats av CalLab från Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE).

Eftersom sådana "tvåterminala" tandemceller gjorda av CIGS och perovskit nu representerar en separat kategori, National Renewable Energy Lab NREL, U.S., har skapat en ny filial på det berömda NREL-diagrammet för detta ändamål. Detta diagram visar utvecklingen av verkningsgrader för nästan alla solcellstyper sedan 1976. Perovskitföreningar har bara inkluderats sedan 2013 – effektiviteten för denna materialklass har ökat kraftigare än något annat material.