Siliciumabsorbers zetten voornamelijk het rode deel van het zonnespectrum zeer effectief om in elektrische energie, terwijl de blauwe delen gedeeltelijk als warmte verloren gaan. Om dit verlies te verminderen, de siliciumcel kan worden gecombineerd met een extra zonnecel die voornamelijk de blauwe delen omzet.

Teams van de HZB hebben al ruime ervaring opgedaan met dit soort tandemcellen. Een bijzonder effectieve aanvulling op conventioneel silicium is het hybride materiaal dat perovskiet wordt genoemd. Het heeft een bandafstand van 1,6 elektronvolt met zowel organische als anorganische componenten. Echter, het is zeer moeilijk om de perovskietlaag van een transparant frontcontact te voorzien. Terwijl sputterdepositie van indiumtinoxide (ITO) gebruikelijk is voor anorganische siliciumzonnecellen, deze techniek vernietigt de organische componenten van een perovskietcel.

Nu heeft een groep onder leiding van Prof. Norbert Nickel een nieuwe oplossing geïntroduceerd. Dr. Marc Gluba en promovendus Felix Lang hebben een proces ontwikkeld om de perovskietlaag gelijkmatig te bedekken met grafeen. Grafeen bestaat uit koolstofatomen die zich hebben gerangschikt in een tweedimensionaal honingraatrooster en een extreem dunne film vormen die zeer geleidend en zeer transparant is.

Als eerste stap, de wetenschappers bevorderen de groei van het grafeen op koperfolie vanuit een methaanatmosfeer bij ongeveer 1000 graden Celsius. Voor de vervolgstappen, ze stabiliseren de fragiele laag met een polymeer dat het grafeen beschermt tegen scheuren. In de volgende stap, Felix Lang etst de koperfolie weg. Hierdoor kan hij de beschermde grafeenfilm op de perovskiet overbrengen. "Dit gebeurt normaal gesproken in water. De grafeenfilm drijft op het oppervlak en wordt door de zonnecel opgevist, bij wijze van spreken. Echter, in dit geval werkt deze techniek niet, omdat de prestaties van de perovskiet afnemen met vocht. Daarom moesten we een andere vloeistof vinden die geen perovskiet aanvalt, toch zo veel mogelijk op water lijkt", legt Gluba uit.

Uit latere metingen bleek dat de grafeenlaag in meerdere opzichten een ideaal frontcontact is. Dankzij de hoge transparantie, in deze laag gaat geen energie van het zonlicht verloren. Maar het belangrijkste voordeel is dat er geen open circuit spanningsverliezen zijn, die vaak worden waargenomen voor gesputterde ITO-lagen. Dit verhoogt de algehele conversie-efficiëntie. "Deze oplossing is relatief eenvoudig en goedkoop te implementeren", zegt Nikkel. "Voor de eerste keer, we zijn erin geslaagd grafeen te implementeren in een perovskiet-zonnecel. Dit stelde ons in staat een zeer efficiënt tandemapparaat te bouwen."