Mehr Licht für Tandemzellen
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- Die beiden Einzelzellen werden zurzeit im Labor noch mechanisch zu einer Tandemzelle aufeinander gestapelt. Foto: HZB/M. Schmid
Eine Solarzelle nutzt immer nur einen Teil des Sonnenspektrums, setzt also nur ganz bestimmte Farben (Frequenzen) in Strom um. Was liegt also näher, als unterschiedliche Solarzellen aufeinanderzu stapeln, um einen größeren Anteil des Lichts in Strom umzuwandeln? Dieser Ansatz wird beim Bau von Tandemzellen verfolgt, die aus einer Topzelle und einer Bottomzelle bestehen. Dabei werden bestimmte Farben des Lichts bereits von der oberen Solarzelle absorbiert und in elektrischen Strom umgewandelt, während die Bottomzelle die anderen Farbanteile verwertet.
In der Praxis zeigt sich aber, dass die Topzelle zu wenig Licht nach unten durchlässt, und das gilt auch für die Frequenzen, die in der Topzelle selbst gar nicht zur Stromerzeugung genutzt werden können. Eine deutliche Verbesserung hat nun Dr. Martina Schmid aus dem Team von Professor Dr. Martha-Christina Lux-Steiner am HZB erreicht: In ihrer Doktorarbeit zum optimalen Aufbau von Chalkopyrit-Tandemsolarzellen hatte sie ein optisches Modell dieser Stapelzelle entwickelt und berechnet, wo welche Verluste auftreten. Dieses Modell ermöglichte es im Anschluss, den Aufbau und die Schichtdicken der Tandemzelle zu optimieren, so dass die Transparenz der Topzelle von 60 Prozent auf 80 Prozent anstieg. Dadurch könnte der Wirkungsgrad der gesamten Tandemzelle auf über 10 Prozent steigen. Bislang waren nur 8,5 Prozent erreichbar. „Wenn man nun noch die elektrischen Eigenschaften der Topzelle optimieren würde, zum Beispiel durch Verbesserungen beim Material, dann wären Wirkungsgrade von über 20 Prozent denkbar“, sagt Schmid. Die Physikerin arbeitet jetzt daran, die Absorption spezieller Frequenzbereiche und deren Umsetzung in elektrischen Strom mit Hilfe von eigens aufgebrachten Nanostrukturen zu verstärken.
