Erster Versuch, Tandem-Perowskit-PERC/POLO-Solarzellen zu bauen, erreicht 21,3 % Wirkungsgrad – pv magazine International

25. Februar 2022Emiliano Bellini

Wissenschaftler in Deutschland haben erstmals eine Tandem-Perowskit-Silizium-Solarzelle auf Basis eines nn entwickelt⁺Typ Polysilizium auf Oxid (POLO) Frontanschluss und eine passivierte Emitter- und Rückkontaktseite (PERC).

„Dies ist eine wichtige Errungenschaft, da PERC-Siliziumzellen auf p-Typ-Silizium das ‚Arbeitspferd‘ der Photovoltaik sind, mit einem Marktanteil von etwa 50 % aller weltweit produzierten Solarzellen“, sagten die Wissenschaftler. „Unsere unteren Zellen bestehen aus allen Komponenten industrieller PERC-Zellen, mit Ausnahme des Ersatzes der Phosphorylchlorid (POCl3)-Diffusion durch chemische Niederdruck-Dampfabscheidung (LPCVD) von in situ n+-Typ p-dotiertem Poly-Si“, erklären sie weiter , und beachten Sie, dass der Prozessablauf für diese untere Zelle mit kommerziellen Mainstream-PERC-Technologien kompatibel ist.

Die Zelle ist mit einem Gallium-dotierten M2 vom p-Typ hergestellt Czochralski (Cz) Wafer mit 156,75 µm Kantenlänge und einem Durchmesser von 210 mm, mit den Stacks Al₂Ö₃ und SiN_x wird auf beiden Seiten des Wafers abgeschieden. „Die Rückseite 15 Uhr Al₂Ö₃/ 100 nm SiN_x Stack zur Passivierung wie in einer industriellen PERC-Zelle“, erklärte das Forschungsteam. „Die vordere 22 Uhr Al₂Ö₃/ 40 nm SiN_x Stack passiviert den Randbereich um den aktiven Zellbereich. Es dient auch dem eher grundsätzlichen Zweck, die POLO-Verbindungspassivierung beim späteren Schießvorgang zu stabilisieren und wird daher erst nach dem Schießen im aktiven Bereich entfernt.“

Die Perowskit-Top-Zelle wurde mit einer Gerätearchitektur und einem dreifachen Halogenid-Perowskit mit einer Bandlücke von 1,68 eV, bekannt als CsFAPb (IBrCl), entwickelt.₃. „Da seine Dicke die in der oberen Zelle erzeugte Stromdichte stark beeinflusst, ist die Anpassung des Herstellungsprozesses unerlässlich, um eine Stromanpassung zwischen den Unterzellen zu erreichen“, betonten die Wissenschaftler. „Um die Stromfehlanpassung zu reduzieren, scheiden wir eine dünnere Perowskitschicht ab, indem wir die Rotationsbeschichtungsgeschwindigkeit auf 5000 Umdrehungen pro Minute (rpm) erhöhen, was zu einer Filmdicke von etwa 470 nm führt.“

Die POLO-PERC-Tandemsolarzelle mit zwei Anschlüssen aus Perowskit erreichte eine Leistungsumwandlungseffizienz von 21,3 %, und die Wissenschaftler sagten, dass dieses Proof-of-Concept-Tandemgerät Potenzial für weitere Effizienzverbesserungen hat. „Zu diesem Zweck kann man die Oberfläche der Silikonwafer anpassen und so die Effizienz schnell auf etwa 25 Prozent steigern“, sagt die korrespondierende Autorin der Studie, Silvia Mariotti.

Die deutsche Gruppe glaubt, dass die Effizienz dieser Geräte durch bisher nicht berücksichtigte Anpassungen in der Perowskitdicke und Bandlücke viel höhere Werte erreichen kann. „Basierend auf unseren experimentellen Erkenntnissen und unterstützenden optischen Simulationen identifizieren wir wichtige Prozessverbesserungen und schätzen ein PCE-Potenzial von 29,5 %“, erklärte es weiter.

Eine vollständige Beschreibung der Zelle finden Sie in der Studie Monolithische Perowskit-/Silizium-Tandemsolarzellen, hergestellt unter Verwendung industrieller polykristalliner p-Typ-Silizium-auf-Oxid-/passivierter Emitter- und Back-Cell-Silizium-Bottom-Cell-Technologieveröffentlicht in RRL Solarenergie. Die Forschungsgruppe besteht aus Wissenschaftlern des Instituts für Solarenergieforschung (ISFH) und des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie (HZB).