BOBTANDEM (ID34) – Band Offset selective Barrier Three Terminal perovskite on silicon high efficiency Tandem Solar Cell

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501919

Kurzbeschreibung (Deutsch)

In der weltweiten Solarzellenforschung sind Mehrfachsolarzellen (oder "Tandems") der vielversprechendste Weg zur Verbesserung von Solarzellen aus kristallinem Silizium (c-Si). Sie bestehen aus zwei (Tandem-) oder mehr Solarzellen mit zunehmender Bandlücke, die in einem Gerät kombiniert werden und Wirkungsgrade von weit über 29 % erreichen können. Diese Mehrfachsolarzellen erreichen diese hohen Wirkungsgrade, indem sie die Erwärmung der Zellen durch das einfallende Sonnenlicht reduzieren und stattdessen einen Teil dieser Wärme als nutzbare elektrische Energie auffangen. Dies wird als "Reduzierung der Themalisationsverluste" bezeichnet. Diese MJ-Solarzellen gibt es in verschiedenen Anschlusskonfigurationen. Kurz gesagt, die besten Ergebnisse haben traditionell Konstruktionen mit zwei (2T) und vier (4T) Anschlüssen erzielt, die jedoch aufgrund von Tunnelverbindungen (2T), die die Stromkontinuität erzwingen, und der Gitterausrichtung (4T) technologische Engpässe aufweisen. Das BOBTANDEM-Projekt schlägt ein neues Konzept mit drei Anschlüssen (3T) vor, das wir "3TSBOB" nennen und das die technologischen Engpässe von 2T und 4T beseitigt. Der 2018 patentierte 3T-SBOB-Baustein verwendet eine interne Barriere (Selective Band Offset Barrier oder SBOB), um diese Verringerung der Überhitzung zu ermöglichen, indem geladene Stromträger in verschiedenen Bereichen der Zelle isoliert werden. Das Ergebnis ist, dass die beiden Zellen, aus denen das 3T-SBOB-Bauelement besteht, unabhängig voneinander und ohne Serienbeschränkungen arbeiten, und zwar mit einem einzigen Gitter auf der Vorderseite und mit ineinandergreifenden Rückkontakten auf der Rückseite. Im Rahmen des BOBTandem-Projekts wird dieses Konzept zum ersten Mal demonstriert, wobei die aufregende neue Perowskit-Solarzellentechnologie verwendet und mit einer Silizium-Solarzelle mit Rückkontakt integriert wird, die vom Projektpartner ISC-Konstanz in industrieller Massenproduktion hergestellt wird. Das Projekt wird von Forschern koordiniert, die das 3T-SBOB-Konzept entwickelt haben (GeePs CentraleSupelec / CNRS / EDF). Die Perowskit-Zelle wird von Forschern aus dem Bereich der Perowskit-Solarzellen (EPFL) integriert, die seit den Anfängen der Perowskite tätig sind. Das Fachwissen und die Herstellung des Siliziums mit interdigitalem Rückkontakt wird von Partnern aus der Solarzellenindustrie gewährleistet, die die Massenproduktion der ZEBRA IBC-Zelle im Jahr 2019 leiten. Die theoretische Modellierung und Analyse wird von Forschern der PVMD-Gruppe der TU Delft durchgeführt, die eine genaue optische Modellierung und eine umfassende Modellierung der Energieausbeute des 3T-SBOB-Geräts vornehmen. Diese Forscher werden mit dem kürzlich patentierten Konzept zusammengebracht, das unabhängig auf dem Gebiet der Infrarotdetektoren demonstriert wurde. Diese starken, industriell validierten IBC- und SBOB-Konzepte ergeben ein neuartiges, 35 % effizientes Tandem-Bauelement ohne die Beschränkung durch Tunnelübergänge und ohne die komplexen optischen Verbindungsprobleme von 4T-Designs.

 

Kurzbeschreibung (Englisch)

In global solar cell research, multijunction solar cells (or “tandems”) are the most promising route to improving crystalline silicon (c-Si) solar cells. They consist of two (tandem) or more solar cells of increasing bandgap which are combined in one device and can reach efficiencies well beyond 29%. These multijunction cells achieve such high efficiencies by reducing the amount of cell heating due to the incident sunlight, and by instead collecting some of this heat as useful electrical power. This is termed “reducing themalisation losses”. These MJ solar cells come in a range of configurations in terms of connection. Briefly, these traditionally include two terminal (2T) and four terminal (4T) designs have yielded the best results but suffer technological bottlenecks due to tunnel junctions (2T) which impose current continuity and grid alignment (4T). The BOBTANDEM project proposes a new three terminal (3T) concept which we call the “3TSBOB” which eliminates the 2T and 4T technological bottlenecks. The 3T-SBOB device, patented in 2018, uses an internal barrier (the Selective Band Offset Barrier or SBOB) to allow this reduction in thermalisation by isolating charged current carriers in different regions of the cell. The result is that the two cells making up 3T-SBOB device operate independently without series limitations, and with a single grid on the front surface, together with interdigitated back contacts on the back surface. The BOBTandem project will demonstrate this concept for the first time, using the exciting emerging perovskite solar cell technology and integrating it with a silicon back-contact solar cell which is in industrial mass production by the project partner ISC-Konstanz. The project is coordinated by researchers at the origin of the 3T-SBOB concept (GeePs CentraleSupelec / CNRS / EDF). The perovskite cell is integrated by perovskite solar cell researchers (EPFL) active since the start of the field of perovskites. The interdigitated back contact silicon expertise and fabrication is assured by solar cell industrial partners managing mass production of the ZEBRA IBC cell in 2019. Theoretical modelling and analysis is provided by researchers at the PVMD group of TU Delft deploying accurate optical modelling and comprehensive energy yield modelling of the 3T SBOB device. These researchers are brought together with the recently patented concept, which has been independently demonstrated in the field of infra-red detectors. These strong industrially-validated IBC and SBOB concepts yield a novel 35% efficient tandem device without the limitation of tunnel junctions, and without the complex optical interconnection issues of 4T designs.

Publikationen / Ergebnisse (Englisch)

Recent results on carrier selective three terminal perovskite on silicon-IBC tandem solar cells, J.P. Connolly et al., Proceedings of the 37th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EU PVSEC 2020)