Chinesisches Gemeinschaftsteam stellt mit 810 cm² großen Perowskit-Modulen einen Effizienzrekord von 24,0 % auf

de.wedoany.com-Bericht: Ein gemeinsames Forschungsteam der Nanjing-Universität (Nanjing University) und des auf Perowskit-Photovoltaik spezialisierten Unternehmens Renshine Solar hat ein Perowskit-Solarmodul mit einer Aperturfläche von 810 cm² hergestellt, dessen unabhängig zertifizierte Leistungsumwandlungseffizienz 24,0 % erreicht. Der korrespondierende Autor Ke Xiao teilte pv magazine mit, dass dieses Ergebnis einen Weltrekord für die Effizienz von Perowskit-Modulen dieser Größe darstellt und von TÜV Süd in China bestätigt wurde.

Die Perowskit-Solarzellen im Modul werden mit chemisch stabilen Bleicarboxylat-Passivierungsmitteln (LCPs) auf Basis von Bleidiolat (Pb(OA)₂) passiviert. Das Forschungsteam gab an, dass dieser Ansatz den Ladungsträgertransport verbessert; herkömmliche Ammoniumhalogenid-Passivierungsmittel (AHPs) stoßen hingegen bei der Kombination mit Schlitzdüsen-Beschichtung und anschließender Vakuumkammer-Trocknung (VCD) häufig auf chemische, thermische oder Grenzflächeninstabilitätsprobleme.

Die Forscher beobachteten, dass die AHP-Behandlung ungleichmäßige Ablagerungen, makroskopische Defekte und eine signifikante Photolumineszenz-Heterogenität (PL) verursachte; im Gegensatz dazu erzeugte die LCP-Behandlung gleichmäßige, hydrophobe Filme mit höherer Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, thermische Belastung und UV-Degradation.

Das Team wendete LCP auf Perowskit-Filmen mit formamidiniumiodidreicher (FAI) Oberfläche an, wodurch eine chemisch gebundene, klar definierte Passivierungsschicht entstand, die Umweltschutz bietet und gleichzeitig eine effiziente Ladungsextraktion aufrechterhält. Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) bestätigte die chemische Bindung zwischen LCP und der FAI-reichen Oberfläche; Photolumineszenzmessungen zeigten eine Verlängerung der Ladungsträgerlebensdauer von 264 ns auf 706 ns, was auf eine Reduzierung von Grenzflächenfallen und eine verbesserte Passivierungsqualität hindeutet. Die Forscher verwendeten diese Passivierungsmethode zur Herstellung von Zellen und bauten daraus ein 810 cm² großes Modul, ohne jedoch detaillierte technische Informationen zur Architektur preiszugeben.

Unter Standardtestbedingungen erreichte dieses 810 cm² große Modul eine Spitzen-Leistungsumwandlungseffizienz von 24,2 %, mit einer unabhängig zertifizierten Effizienz von 24,0 %; die Leerlaufspannung betrug 53,46 V, der Kurzschlussstrom 0,436 A und der Füllfaktor 83,40 %. Ke Xiao erklärte, dass das Modul unter Maximum Power Point Tracking (MPPT) eine stabile Leistung von 19,4 W aufrechterhielt und damit das erste Perowskit-Solarmodul mit einer Aperturfläche von über 800 cm² und einer Effizienz von über 24 % ist.

Das Forschungsteam stellte außerdem 150 Module mit einer Fläche von jeweils 0,72 m² her, mit einer durchschnittlichen Leistungsabgabe von 144 W. Das beste Modul erreichte eine zertifizierte Effizienz von 22,0 % und eine Ausgangsleistung von 158,4 W, was einen Effizienzrekord für Meter-Maßstab-Module darstellt; dieses Modul lief unter MPPT über zwei Stunden stabil mit einer Leistung von über 158 W.

Ke Xiao fügte hinzu, dass LCP die Modulhaltbarkeit bei Tests nach den Standards der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (International Electrotechnical Commission, IEC) deutlich verbesserte. Nach 1300 Stunden Feuchtwärme-Exposition verloren LCP-Module nur 2 % ihrer anfänglichen Effizienz, während Module mit AHP 39 % verloren; LCP-Module zeigten nach 300 Temperaturzyklen eine vernachlässigbare Degradation, behielten nach 2200 Stunden MPPT-Betrieb 96 % ihrer anfänglichen Effizienz und nach UV-Alterung 95 % ihrer anfänglichen Leistung.

Alle mit LCP modifizierten Module bestanden die Zuverlässigkeitsanforderungen der Norm IEC 61215. Feldüberwachungen zeigten, dass ihr spezifischer Energieertrag höher war als der von Silizium-TOPCon-Modulen (Tunneloxid-Passivierungskontakt). Das Team fasste zusammen, dass die Kombination von Hochsättigungsdampfdruck-Behandlung (SVP) mit chemisch stabiler LCP-Passivierung einen industriellen Weg für hocheffiziente, langlebige und skalierbare Meter-Maßstab-Perowskit-Photovoltaik bietet.

Die entsprechenden Ergebnisse wurden unter dem Titel „Lead carboxylates passivation for meter-scale perovskite solar modules" (Bleicarboxylat-Passivierung für Meter-Maßstab-Perowskit-Solarmodule) in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.