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

25. Februar 2022Emiliano Bellini

Deutsche Wissenschaftler haben erstmals eine Tandem-Perowskit-Silizium-Solarzelle auf Basis eines n entwickelt⁺Polysilizium auf Oxidfront (POLO) und passivierter Emitterseite und Rückkontakt (PERC).

„Dies ist eine bedeutende Leistung, da Silizium-auf-Silizium-PERC-Zellen vom p-Typ das ‚Arbeitspferd‘ der Photovoltaik sind, mit einem Marktanteil von etwa 50 % aller weltweit produzierten Solarzellen“, sagten die Wissenschaftler. „Unsere unteren Zellen enthalten alle Komponenten industrieller PERC-Zellen, mit Ausnahme des Ersatzes der Phosphorylchlorid (POCl3)-Diffusion durch chemische Niederdruck-Dampfabscheidung (LPCVD) von p-dotiertem Poly-Si des Typs n+ in situ“, sagen sie erklärt. , wobei zu beachten ist, dass der Prozessablauf für diese untere Zelle mit kommerziellen PERC-Technologien für Verbraucher kompatibel ist.

Die Zelle wurde mit einem Gallium-dotierten M2 vom p-Typ hergestellt Czochralski (Cz) 156,75 μm Kantenlänge, Wafer mit 210 mm Durchmesser, mit Al-Stapeln₂Ö₃ und SiN_x auf beiden Seiten des Wafers abgeschieden werden. „Die Rückseite 15 nm Al₂Ö₃/100 nm SiN_x Die Zelle wird wie in einer industriellen PERC-Zelle zur Passivierung verwendet“, erklärte das Forschungsteam. „Die Vorderseite 10 nm Al₂Ö₃/40 nm SiN_x passive Zelle der Perimeterbereich um den aktiven Zellbereich. Es dient auch dem eher grundlegenden Zweck, die Passivierung des POLO-Übergangs beim anschließenden Backprozess zu stabilisieren und wird daher nach dem Backen nur im aktiven Bereich entfernt.

Die obere Perowskit-Zelle wurde mit einer ap-in-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 entscheidend, um eine Stromanpassung zwischen den Unterzellen zu erreichen“, betonen die Wissenschaftler. „Um den Stromoffset zu reduzieren, scheiden wir eine dünnere Perowskit-Schicht ab, indem wir die Spin-Coating-Geschwindigkeit auf 5000 Umdrehungen pro Minute (rpm) erhöhen, was zu einer Filmdicke von etwa 470 nm führt.“

Die Perowskit-POLO-PERC-Tandemsolarzelle mit zwei Anschlüssen erreichte eine Leistungsumwandlungseffizienz von 21,3 %, und Wissenschaftler sagten, dass dieses Proof-of-Concept-Tandemgerät das Potenzial hat, die Effizienz weiter zu verbessern. „Dafür könnte man die Oberfläche der Siliziumwafer anpassen und so den Wirkungsgrad schnell auf rund 25 Prozent steigern“, sagt die korrespondierende Autorin der Studie, Silvia Mariotti.

Die deutsche Gruppe glaubt, dass die Effizienz dieser Geräte dank Anpassungen an der Dicke des Perowskits und der bisher nicht berücksichtigten Bandlücke viel höhere Werte erreichen kann. „Basierend auf unseren experimentellen Ergebnissen und unterstützenden optischen Simulationen identifizieren wir wichtige Prozessverbesserungen und schätzen ein PCE-Potenzial von 29,5 %“, erklärte er.

Eine vollständige Beschreibung der Zelle finden Sie in der Studie Monolithische Perowskit/Silizium-Tandemsolarzellen, hergestellt unter Verwendung industrieller p-Typ-Polykristallin-Silizium auf Oxid/passiviertem Emitter und Back-Cell-Silizium-Bottom-Cell-TechnologieVeröffentlicht in RRL-Solar. Der Forschungsgruppe gehören Wissenschaftler des Instituts für Solarenergieforschung (ISFH) und des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie (HZB) an.