Vandaag op de EU PVSEC-conferentie, imec, het toonaangevende onderzoeks- en innovatiecentrum op het gebied van nano-elektronica, energie en digitale technologieën, presenteert een dunne film tandem zonnecel bestaande uit een top perovskiet cel ontwikkeld door Imec binnen de partnerships van EnergyVille en Solliance, en een onderste CIGS-cel van het Centrum voor Zonne-energie en Waterstofonderzoek (ZSW, Stuttgart, Duitsland). De tandemcel die uit deze samenwerking voortkomt, haalt een recordrendement van 24,6 procent.

De perovskiet-topcel in de tandem gebruikt licht in het zichtbare deel van het zonnespectrum, terwijl het licht in het bijna-IR-spectrum dat door de perovskietcel gaat, wordt geoogst door de onderliggende CIGS-cel. Op deze manier, de tandemcel presteert aanzienlijk beter dan de stand-alone perovskiet- en CIGS-cellen. Bovendien, zowel perovskiet- als CIGS-cellen zijn dunnefilmzonnecellen, de weg vrijmaken voor flexibele zonnecellen met een hoog rendement en geïntegreerde fotovoltaïsche (BIPV) oplossingen bouwen.

De 4-terminal tandem bestaat uit een perovskiet-zonnecel die bovenop een CIGS-cel is gestapeld, gebaseerd op een volledig schaalbaar apparaatconcept om industriële acceptatie van het proces mogelijk te maken. Het nieuwe recordrendement van 24,6 procent werd bereikt dankzij verschillende innovaties. Allereerst, de transmissie van de perovskietcel voor bijna-IR-licht werd verbeterd door optische koppelingslagen toe te voegen aan de tandemstapel en door de transparante elektroden te optimaliseren. Ten tweede, de perovskiet zelf werd geoptimaliseerd in termen van een brede bandgap van 1,72 eV voor een hogere tandemefficiëntie.

De CIGS-cel met een afmeting van 0,5 cm² is gemaakt bij de hoogrendementslijn bij ZSW, gebruik van alle geoptimaliseerde processen die nodig zijn voor de voorbereiding van opnameapparatuur. Het was dus het ideale monster voor combinatie met de perovskietcel. Verdere verbeteringen van de technologie zullen uiteindelijk de weg vrijmaken voor dunne-film tandem zonnecellen met een efficiëntie van meer dan 30 procent.

"We werken aan twee soorten tandemcellen, " legt Tom Aernouts uit, groepsleider voor dunnefilm fotovoltaïsche cellen bij imec/EnergyVille. "We combineren onze state-of-the-art perovskiettechnologie met silicium- of CIGS-bodemcellen. Het voordeel van CIGS is dat het een dunnefilmtechnologie is, net als perovskiet, en dat de tandemcellen daarom in een grote verscheidenheid aan vormen en maten kunnen worden vervaardigd. Dit maakt het mogelijk om deze technologie toe te passen in gebouwgeïntegreerde PV-toepassingen. Toekomstig werk zal zich richten op het opschalen van de technologie naar grotere modules. Bovendien, we zullen ook kijken naar de ontwikkeling van oplossingen voor tweeterminale cellen vanwege hun belang voor de PV-industrie. Uiteindelijk, het is belangrijk dat onze resultaten worden overgenomen door onze industriële partners."

"We danken de recordefficiëntie aan twee factoren, " zegt Prof. Dr. Michael Powalla, lid van de raad van bestuur en hoofd van de fotovoltaïsche afdeling van ZSW. "Enerzijds aan de verbeterde perovskietcel, aan de andere kant tot een van 's werelds beste efficiënties voor CIGS-cellen. Er zijn verschillende parameters van de CIGS-cel die we kunnen optimaliseren met betrekking tot de combinatie met de perovskiet-topcel. Dus, we verwachten in de toekomst nog betere efficiëntiewaarden, de weg vrijmaken voor verdere kostenbesparingen."

Deze prestatie is het resultaat van een duurzame internationale samenwerking van imec, ZSW en Karlsruhe Institute of Technology.