Tandem perovskiet-CIGS zonnecellen, geproduceerd als resultaat van de samenwerking tussen Litouwse en Duitse onderzoekers, een efficiëntie van 23,26% hebben bereikt, wat momenteel een wereldrecordwaarde is in dit type cellen. Een reden voor het succes ligt in de tussenlaag van organische moleculen in de cel:ze assembleren zichzelf om zelfs ruwe halfgeleideroppervlakken te bedekken. De zelfassemblerende materialen werden gesynthetiseerd aan de Kaunas University of Technology (KTU), Litouwen.

Tandemzonnecellen met verschillende configuraties staan ​​tegenwoordig op de agenda van veel onderzoeksteams over de hele wereld. De technologie is interessant en veelbelovend, omdat het de limieten voor eencellige efficiëntie probeert te overwinnen. Bovendien, bij de productie van dunne-film tandem zonnecellen, flexibele ondergronden kunnen worden gebruikt, wat interessante oplossingen mogelijk maakt voor hedendaagse technologie- en designtoepassingen.

De tandem-zonnecel ontworpen door het team van natuurkundigen van Helmholtz Zentrum Berlin (HZB), Duitsland combineert perovskiet en koper-indium-gallium-selenide (CIGS). De contactlagen tussen deze twee halfgeleiders bestaan ​​uit op carbazool gebaseerde organische moleculen, gefunctionaliseerd met fosfonzuurgroepen, die zichzelf rangschikken in zogenaamde zelf-geassembleerde monolagen (SAM's).

De materialen die voor SAM's worden gebruikt, zijn ontwikkeld door het team van onderzoekers van de Kaunas University of Technology (KTU), Litouwen. KTU-chemici hebben moleculen gesynthetiseerd die zichzelf assembleren tot monolagen, die elk oppervlak gelijkmatig kan bedekken, inclusief ruwe oppervlakken van de CIGS-zonnecellen.

"Meestal is het probleem bij de fabricage van de perovskiet-CIGS-tandems het ruwe oppervlak van de onderste cel, die moeilijk gelijkmatig te dekken is met conventionele, op oplossingen gebaseerde processen. Onze methode maakt het mogelijk om de elektrodelaag zo dun als 1-2 nm te vormen, het hele oppervlak bedekken. Het is een kostenefficiënt en effectief proces:de moleculen worden uit verdunde oplossingen op het oppervlak afgezet en de molecuuldikke selectieve laag wordt gevormd. " legt Artiom Magomedov uit, doctoraat student aan KTU, een van de auteurs van de uitvinding.

De gebruikte materialen zijn opvallend eenvoudig en robuust, waardoor ze ook kunnen worden opgeschaald naar industriële niveaus.

Het team van KTU-chemici bestudeert al een paar jaar het gebruik van de zelfassemblerende moleculen om de elektrodelaag te vormen. Het materiaal, gesynthetiseerd bij KTU, werd door HZB-fysici toegepast bij de productie van een functionerende zonnecel met slechts een monolaag dik selectief contact. Ze konden een monolithische tandem-zonnecel produceren van perovskiet en CIGS die een officieel gecertificeerde efficiëntie van 23,26% behaalden, wat momenteel een wereldrecordwaarde is. De tandemcel heeft een actief oppervlak van één vierkante centimeter en bereikt daarmee een nieuwe mijlpaal, als perovskiet zijn CIGS-tandemcellen tot nu toe aanzienlijk kleiner geweest.

"Thin-film tandem zonnecellen zijn de toekomst van zonne-energie, omdat ze goedkoper en potentieel veel efficiënter zijn. De grenzen van de efficiëntie van de momenteel commercieel gebruikte zonne-elementen op basis van silicium zijn verzadigend. Bovendien, de siliciumbronnen worden schaars en het wordt steeds duurder om het element te extraheren, " zegt professor Vytautas Getautis, het hoofd van de KTU-onderzoeksgroep achter de uitvinding.

Een nieuwe wereldrecord tandem zonnecel werd gepresenteerd op EU PVSEC, 's werelds grootste internationale conferentie en tentoonstelling over fotovoltaïsche en zonne-energie, in Marseille, Frankrijk op 11 september 2019, door prof. Steve Albrecht van de HZB. Voor de lagen van de cellen zijn twee patenten aangevraagd.