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Perowskit-CIGS-Tandem-Solarzellen zeigen großes Potenzial Wirkungsgrade von über 30% zu erreichen und damit die Kommerzialisierung der Dünnschicht-Photovoltaik zu revolutionieren. Parasitäre Verlustmechanismen wie etwa eine unerwünschte Absorption von langwelligem Licht in den Kontaktschichten limitieren jedoch die maximale Effizienz der Tandem-Solarzellen. Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Entwicklung hocheffizienter, semitransparenter Perowskitsolarzellen, der Minimierung parasitärer Verluste in deren Kontaktschichten und mit der Herstellung von gestapelten Tandem-Solarzellen mit CIGS als Partnerzelle. Dafür wird zunächst die Effizienz von opaken Perowskitsolarzellen durch die Implementierung einer zusätzlichen Fulleren-basierten Elektronenleiterschicht optimiert, was durch die Entwicklung eines neuartigen Nanopartikel-basierten Verfahrens zur Verbesserung der Benetzbarkeit unterstützt wird. Die Entwicklung spezieller transparenter Kontaktschichten aus Wasserstoff-dotiertem Indiumoxid (IO:H) und Indiumzinkoxid (IZO) erfolgt durch Kathodenzerstäubung unter variabler Zugabe von Sauerstoff- bzw. Wasserstoffgas. Die nachträgliche Kristallisation von amorphem IO:H führt zu besonders niedrigen Absorptionseigenschaften im nahen Infrarotbereich, was für die Anwendung in Tandem-Solarzellen von entscheidendem Vorteil ist. Semitransparente Perowskitzellen, die mit diesen Kontakten ausgestattet sind, erreichen hohe Effizienzen von über 15%und ermöglichen eine Steigerung der mittleren Zell-Transmission von 55% auf 75% verglichen mit kommerziellen Kontaktschichten wie Indiumzinnoxid (ITO). Durch diese Transmissionssteigerung werden Tandem-Solarzellen realisiert, die eine gemeinsame Zellfläche von 0,5 cm² und einen verbesserten Wirkungsgrad von bis zu 23,0% aufweisen. Die Analyse der optischen Verlustmechanismen der verschiedenen Tandem-Solarzellen mittels Simulations-gestützter Methoden zeigt unter anderem auf, dass der Beitrag der Kontaktschichten zu den parasitären Gesamtabsorptionsverlusten von ca. 60% auf 40% gesenkt werden kann. |
