Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universität München hat kürzlich einen Durchbruch in der Technologie von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen erzielt. Das Team präsentierte die erste vollständig in der Region München hergestellte Tandemsolarzelle dieser Art. Durch die Verbesserung wichtiger Grenzflächenmaterialien wurde ein Wirkungsgrad von 31,4 % erreicht. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift *Joule* veröffentlicht.

Die Forschung wurde von Dr. Elkann Aidin, Leiter der Forschungsgruppe an der Universität München, geleitet. Kooperationspartner waren die Southern University of Science and Technology in China, die City University of Hong Kong und die King Abdullah University of Science and Technology in Saudi-Arabien. Tandemsolarzellen verbessern ihren Wirkungsgrad durch das Übereinanderstapeln von Materialschichten, die unterschiedliche Wellenlängen des Lichts absorbieren: Die obere Perowskitschicht absorbiert blaues Licht, die untere Siliziumschicht rotes Licht. Dadurch wird das Sonnenspektrum besser genutzt.

Das Forschungsteam konzentrierte sich auf die Schlüsselkomponente für den Ladungstransport in der Zelle – die selbstorganisierte Monoschicht (SAM). Traditionelle SAMs neigen dazu, sich auf texturierten Siliziumoberflächen ungleichmäßig anzulagern, was die Leistung beeinträchtigt. Um dem entgegenzuwirken, entwickelten die Forscher eine spezielle Molekularstruktur, die den Ladungstransport auch auf rauen Oberflächen verbessert. Bei ihrer Analyse entdeckten sie unerwartet Spuren bromhaltiger Verunreinigungen in einem handelsüblichen SAM-Vorläufer. Diese Verunreinigungen passivierten effektiv Grenzflächendefekte und verbesserten so den Wirkungsgrad.

Dr. Aiding erklärte: „Wir waren überrascht, dass eine so kleine chemische Veränderung eine so bedeutende Wirkung haben kann. Diese Entdeckung zeigt, dass präzise Wechselwirkungen zwischen Materialien auf molekularer Ebene entscheidend für die Energieausbeute neuartiger Solarzellen sind.“ Das Team nutzte die positiven Effekte von Brom und erhielt gleichzeitig die chemische Stabilität durch die Kombination bromierter und bromfreier Moleküle. Die neu entwickelte SAM erreichte eine dichtere Molekülpackung und eine überlegene Grenzflächenpassivierung, was zu Verbesserungen bei Wirkungsgrad, Stabilität und Ladungsextraktion führte.

Dieser Wirkungsgrad von 31,4 % wurde auf einem kristallinen Siliziumsubstrat mit industriellem Anwendungspotenzial erzielt. Neben der Effizienz steigerte die verbesserte Grenzflächenstruktur auch die Langzeitstabilität der Zelle auf molekularer Ebene. Dr. Aiding wies darauf hin, dass zukünftige Arbeiten die Validierung der Zellleistung in beschleunigten Alterungstests und die Erforschung ihres Potenzials für Weltraumanwendungen, wie beispielsweise Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn, zum Ziel haben werden, wo ein besonderer Bedarf an leistungsstarken und leichten Solarzellen besteht.

Weitere Informationen: Autoren: Jian Huang et al., Titel: „Verbesserte Ladungsextraktion in texturierten Perowskit-Silizium-Tandem-Solarzellen durch molekulare Kontaktfunktionalisierung“, veröffentlicht in: Joule (2025). Zeitschrifteninformationen: Joule