EP4298679A1 - Perowskit-basierte mehrfachsolarzelle und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Perowskit-basierte mehrfachsolarzelle und verfahren zu ihrer herstellung

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EP4298679A1
EP4298679A1 EP22712309.8A EP22712309A EP4298679A1 EP 4298679 A1 EP4298679 A1 EP 4298679A1 EP 22712309 A EP22712309 A EP 22712309A EP 4298679 A1 EP4298679 A1 EP 4298679A1
Authority
EP
European Patent Office
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layer
perovskite
stack
layer stack
solar cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22712309.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Raphael Schmager
Ulrich W. Paetzold
Julie Roger
Paul Faßl
Tobias Abzieher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Original Assignee
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
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Filing date
Publication date
Application filed by Karlsruher Institut fuer Technologie KIT filed Critical Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
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Definitions

  • the present invention relates to a perovskite-based multi-junction solar cell and a method for its production.
  • the invention is located in particular in the field of optoelectronics. In principle, however, other applications are also conceivable.
  • an adjustable band gap of these perovskites by varying the composition of the halide anion in a perovskite crystal structure enables strong light absorption in a broad spectral range.
  • perovskites fundamentally qualify as promising candidates for a next generation of multi-junction solar cells.
  • Several absorbers are combined in multiple solar cells, which means that the level of efficiency is far above that of single solar cells. Therefore, perovskites are of particular interest for these multi-junction solar cells, since the efficiency can be increased through a combination of established photovoltaic technologies, such as wafer-based silicon or copper-indium-gallium-diselenide solar cells. This means that perovskite-based solar cells are currently a promising technology for the future photovoltaic market. Perovskite solar cells therefore always show high efficiencies and are basically ideal for multiple solar cells due to their good optoelectronic properties.
  • US Pat. No. 1,0,229,791 B2 describes a method for producing a perovskite solar cell by a non-deposition method. Specifically, the method includes preparing a first substrate by forming a hole-transport layer on a light-absorbing layer in a half-dried state, and pressurizing and drying a second substrate having an electrode opposed to the first substrate.
  • WO 2017/200732 A1 describes production of a laminated structure by providing a first substrate with an n-type oxide layer on a first surface and a second substrate with a p-type oxide layer on a first surface.
  • the first surface of the first substrate, the first surface of the second substrate, or both have a liquid halide layer.
  • the first substrate is pressed into contact with the second substrate such that the first surface of the first substrate touches the first surface of the second substrate.
  • the halide layer is then solidified to form the laminated structure.
  • WO 2019/173803 A1 describes a method that includes positioning a stack that has at least one of the following layers between a first surface and a second surface: a first perovskite layer and/or a second perovskite layer; and treating the stack for a period of time by heating the stack and/or by pressurizing the stack, wherein a device having the first surface and the second surface provides for heating and pressurizing the stack.
  • a device having the first surface and the second surface provides for heating and pressurizing the stack.
  • individual layers of solar cells or perovskite-based multiple solar cells can be produced by various processes. These include, for example, vacuum coating processes, liquid-phase processes and a combination of both.
  • the application of the perovskite layer in a perovskite solar cell and further layers on the silicon solar cell can be achieved by a sequential sequence of the layers.
  • US2020/0212243 A1 describes a method for producing a monolithic tandem solar cell in which a perovskite solar cell is laminated and bonded to a silicon solar cell.
  • a first precursor microporous thin film is formed by a sputtering method on a substrate having an unevenly structured texture, and then a halide thin film is formed on the first precursor microporous thin film to form a perovskite absorption layer form, whereby a light reflection can be reduced and a light path can be increased. Accordingly, a light absorption rate can be increased.
  • EP 3 244 455 A1 describes a method for producing a device comprising an organic/organic hybrid perovskite compound film.
  • the method comprises the following steps: a) laminating a first structure and a second structure to allow contact between the first surface layer and the second surface layer, the first structure comprising a first surface layer comprising at least one of the materials i) to v), wherein the second structure comprises a second surface layer, which independently of the first surface layer has at least one of the materials i) to v); and b) applying heat and physical force to the laminate, thereby laminating the first structure and the second structure: i) an inorganic/organic hybrid perovskite compound, ii) an organic halide, iii) a metal halide, iv) an inorganic/organic shear hybrid perovskite compound precursor and v) a metal halide precursor.
  • patents and publications basically deal with a connection from one perovskite layer to another layer for perovskite solar cells using a transparent conductive adhesive.
  • US 2016/0111223 A1 describes an optoelectronic device.
  • the device comprises: (a) an upper device component comprising: a counter electrode made of a metal, a conductive oxide or a conductive organic compound; (b) a lower device component comprising: a glass or polymeric support substrate, a working electrode comprising a transparent conductive coating adjacent to the glass or polymeric substrate, a blocking layer, an active layer, a hole conducting layer, (c) a conductive adhesive disposed between the upper device component and the lower upper device component, and (d) a contact layer to facilitate injection of electrons into the active layer between and in contact with the conductive adhesive and the hole transporting layer.
  • perovskite-based solar cells still has a few challenges to master, such as ensuring improved long-term stability and stability at high temperatures.
  • a material selection in the sequential layer deposition is fundamentally limited by process or material incompatibilities. This is basically because it must be ensured that each additional layer that is applied does not destroy the previous one. In principle, the destruction can be caused by incompatible solvents, excessive process temperatures or mechanical destruction by particles of high energy, such as in physical vapor deposition.
  • a lamination with a conductive transparent adhesive basically requires an additional layer that can generate additional and/or unwanted optical and/or electrical losses.
  • Lamination over a “semi-”dried hole transport layer fundamentally limits the process by the choice of possible hole transport materials. Since a dry and semi-dried layer is required on one of the layer stacks, only a solvent-based approach can be used, which fundamentally entails solvent incompatibilities.
  • the lamination of a wet perovskite layer is fundamentally difficult to scale up.
  • the lamination of two perovskite layers basically requires the application of the perovskite to both layer stacks. On the one hand, this is fundamentally more expensive/complex, and on the other hand, it fundamentally limits the choice of material under the perovskite layer.
  • the object of the present invention is to provide a perovskite-based multi-junction solar cell and a method for its production, which at least partially overcomes the listed disadvantages and limitations of the prior art.
  • the perovskite-based multi-junction solar cell and the Processes for their production increase the long-term stability of perovskite-based multi-junction solar cells and enable new material and layer combinations.
  • the terms “have”, “have”, “comprise” or “include” or any grammatical variations thereof are used in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms can refer both to situations in which, apart from the features introduced by these terms, no further features are present, or to situations in which one or more further features are present.
  • the expression “A has B”, “A has B”, “A comprises B” or “A includes B” can both refer to the situation in which, apart from B, there is no other element in A ( i.e. to a situation in which A consists exclusively of B), as well as to the situation in which, in addition to B, there are one or more other elements in A, e.g. element C, elements C and D or even other elements .
  • first and second are to be regarded as pure descriptions, without specifying an order or ranking and, for example, without excluding the possibility that several types of first elements or second elements or exactly one type can be provided. Furthermore, additional elements, for example one or more third elements, can be present.
  • a method for producing a perovskite-based multi-junction solar cell is described.
  • the method can include the method steps described below.
  • the method steps can in particular be carried out in the specified order. However, a different order is also conceivable.
  • one or more method steps can be carried out simultaneously or with a time overlap.
  • one, several or all of the method steps can be carried out once or repeatedly.
  • the method can also include further procedural steps.
  • the method comprises the following steps: a) producing a first layer stack, the first layer stack having at least one substrate, at least one first electrode and at least one first layer; b) producing a second layer stack, the second layer stack having at least one absorber layer and at least one second layer.
  • a perovskite layer is introduced into the first layer stack, or in step b), the perovskite layer is introduced into the second layer stack.
  • a perovskite layer can optionally be introduced into the first layer stack in step a) and a perovskite layer can be introduced into the second layer stack in step b).
  • the procedure further includes the following steps: c) applying the first layer stack to the second layer stack; d) laminating the first layer stack with the second layer stack in such a way that at least one connection selected from the group consisting of: a mechanical, an electrical connection forms between the first layer stack and the second layer stack, the perovskite-based multi-junction solar cell is formed.
  • the first layer and the second layer are each selected from the group consisting of: a hole transport layer, an electron transport layer, a buffer layer, a recombination layer, an electrode layer.
  • the perovskite layer forms either a layer of the first layer stack or of the second layer stack that forms a laminate.
  • the second layer stack can furthermore have at least one second electrode.
  • the first or second layer stack can have a recombination layer.
  • the term "multiple solar cell” refers to a solar cell that has two or more absorber layers that convert incident light into electrical current.
  • the absorber layers can be stacked one on top of the other.
  • the top absorber layer facing the light absorbs light with a short wavelength and lets longer-wave light through.
  • the second absorber layer arranged underneath absorbs part of the spectrum up to a cut-off wavelength, which is determined by a so-called band gap energy in semiconductors.
  • the multi-junction solar cell can therefore also be described as a “stack solar cell”.
  • it can be a multi-junction solar cell with exactly two absorber layers.
  • the multiple solar cell with exactly two absorber layers can also be referred to as a tandem solar cell.
  • perovskite-based multi-junction solar cell therefore basically refers to a multi-junction solar cell in which at least one of the absorber layers has perovskite.
  • the other absorber layer can in particular have silicon.
  • the further absorber layer can be or include a solar cell, in particular a silicon solar cell.
  • the further absorber layer can have perovskite.
  • the further absorber layer can be an organic or inorganic absorber layer, which includes, for example, copper indium gallium diselenide (CIGS). In principle, other configurations are also possible. Other possible materials for the additional absorber layer are described below.
  • the term "layer” basically refers to any element with a cuboid shape, the extent of which in one dimension is referred to as thickness.
  • the layer can in particular have a thickness in the nanometer range to the micrometer range. In particular, the layer can have a thickness of up to 5 mil.
  • the layer can be a continuous layer. Alternatively, however, the layer can be interrupted at one or more points, for example by indentations or interruptions.
  • the layer can be deposited or applied onto a substrate or onto another layer. Exemplary manufacturing processes are described in more detail below.
  • a "stack of layers” is to be understood in principle as meaning a sequence of at least two layers which are applied to one another directly or with the interposition of one or more intermediate layers.
  • the layer stack can have multiple layers of the same material. Furthermore, the layer stack can have layers of different materials. In principle, other embodiments are also conceivable.
  • the layer stack can in particular have at least three layers. A different number of layers is also conceivable in principle.
  • the layers can be separated from one another by interfaces. The interfaces can be planar or textured.
  • the "stack of layers” can therefore also be referred to as "layer structure".
  • the stack of layers can also include elements other than layers.
  • the first electrode and/or the second electrode can optionally be formed as a finger electrode, grid or grid-like electrode.
  • the first electrode and/or the second electrode can be arranged in particular between layers of the first layer stack or of the second layer stack.
  • the layers of the first layer stack can be arranged one on top of the other. Furthermore, the layers of the second layer stack can be arranged one on top of the other.
  • the term "superimposed” basically refers to a layer of one surface to another surface, with the two surfaces being arranged opposite one another.
  • the first surface and the second surface can be in direct contact with one another.
  • the second layer can lie on the first layer, with the first surface and the second surface touching at least partially.
  • the second layer can, for example, have smaller dimensions, in particular a smaller length and/or width, than the first layer or vice versa.
  • parts of the second surface can be uncovered by the first layer or vice versa.
  • the first layer and the second layer can be offset from one another, i.e. part of the second layer can protrude over an edge of the first layer or vice versa.
  • the “production of a layer stack” basically refers to any process which can include depositing or applying one or more layers of the layer stack onto a substrate or onto another layer.
  • a deposition method can be used selected from the group consisting of: sputtering, electron beam evaporation, thermal evaporation, spin coating, blade coating, ink jet printing, spray coating, slot die coating, roller coating, gravure printing, atomic layer deposition.
  • a layer of SnO x can be deposited by atomic layer deposition.
  • aborber layer basically designates any layer which has at least one charge carrier-generating layer.
  • the perovskite layer can be set up as an absorber layer.
  • the term “perovskite” basically refers to any layer that has or includes perovskite.
  • the term “perovskite” basically describes any material.
  • An example are 3D perovskites with an ABX3 chemical structure, where X can correspond to iodine, bromine or chlorine (or any mixture of these), where B can correspond to lead or tin (or any mixture of these), where A can correspond to methylammonium, formamidinium, cesium, potassium or rubidium (or any mixture of these). Any deviations and impurities from the named chemical structure of the 3D perovskites are also fundamentally included.
  • the perovskite layer can be produced in particular by means of at least one deposition method selected from the group consisting of: thermal evaporation, spin coating, knife coating, inkjet printing, spray coating, slot nozzle coating, roller coating, gravure printing. In principle, however, other methods are also conceivable.
  • the perovskite layer can be applied to the first layer stack or to the second layer stack using at least one method, selected from the group consisting of: thermal evaporation, spin coating, doctor blade coating, inkjet printing, spray coating, slot nozzle coating, roller coating, gravure printing.
  • the perovskite layer is introduced into the first layer stack in step a) or the perovskite layer is introduced into the second layer stack in step b).
  • the first layer stack or the second layer stack can have the perovskite layer.
  • the first layer stack can have multiple layers and one of the layers can be the perovskite layer.
  • the second layer stack can have multiple layers and one of the layers may be the perovskite layer.
  • the first layer stack and/or the second layer stack can each have at least one further perovskite layer.
  • the absorber layer of the second layer stack can in particular have or comprise silicon.
  • the absorber layer of the second layer stack can therefore also be referred to as a "silicon layer".
  • the silicon can be present in particular as monocrystalline, polycrystalline or amorphous silicon with a p-n junction or a p-i-n junction.
  • the silicon can be either planar or textured, as discussed in more detail below.
  • the absorber layer of the second layer stack can be or comprise a solar cell, in particular a silicon solar cell. In principle, however, other configurations are also conceivable.
  • the term "substrate” basically refers to any element with the property of carrying one or more other elements and which accordingly has mechanical stability.
  • the substrate of the first layer stack can, in particular, be transparent.
  • the substrate of the first layer stack can also be in the form of a flexible substrate.
  • the substrate of the first layer stack can be made from a polymer, in particular from polyethylene terephthalate (PET) and/or polyethylene naphthalate (PEN) and/or ethylene vinyl acetate (EVA).
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • the substrate of the first layer stack can also be made of glass.
  • the glass can have a thickness of 5 ⁇ m to 5 mm, in particular 25 ⁇ m.
  • the substrate of the first layer stack can be designed as a rigid substrate, in particular as a rigid substrate made of glass.
  • the substrate can be set up for encapsulating the perovskite-based multiple solar cell, in particular after step d) has been carried out.
  • the encapsulation can be set up by sequential production in order to protect the perovskite-based multi-junction solar cell from external influences such as water, oxygen and/or reactive substances.
  • the substrate in particular glass or a foil, can already form a delimiting layer directly after the lamination.
  • a greatly simplified sequence of process steps is possible in principle.
  • the stability of the perovskite-based multi-junction solar cell can in principle be increased.
  • the substrate can be a colored substrate.
  • the colored substrate can in particular have or comprise a foil and/or glass. A color or a visual perception of the perovskite-based multi-junction solar cell can thus be adjusted.
  • Perovskite-based multi-junction solar cells with colored substrates can be used in building-integrated photovoltaics in particular.
  • the substrate can optionally be removed from the perovskite silicon multi-junction solar cell.
  • an anti-adhesive layer can be applied to the substrate, which can be set up in particular for removing the substrate from the perovskite silicon multiple solar cell.
  • the substrate and/or at least one layer of the first layer stack and/or the second layer stack can have at least one rough surface.
  • the rough surface can be caused by the manufacturing process.
  • the rough surface can in particular have a root-mean-squared roughness of 1 nm to 2 ⁇ m, in particular of 50 nm to 300 nm.
  • the rough surface can also have a distance between a highest point and a lowest point (peak to valley) of 1 nm to 10 pm, in particular 10 nm to 1 pm.
  • the process of the invention can circumvent this roughness, which can be inherent in certain manufacturing processes, and can therefore represent an advantage for industrial applications. This can be particularly relevant, for example, for CIGS bottom solar cells, which basically have a rough surface due to the manufacturing process.
  • the substrate and/or at least one layer of the first layer stack and/or the second layer stack can have at least one textured surface with at least one texture.
  • the texture can be specifically generated by a manufacturing process.
  • the textured surface can have a root-mean-squared roughness of greater than 2 nm, in particular greater than 250 nm.
  • the textured surface can have a distance between a highest point and a lowest point (peak to valley) of 20 nm to 100 ⁇ m, in particular of 500 nm to 10 ⁇ m.
  • a surface of the laminate-forming layer of the first layer stack and/or a surface of the laminate-forming layer of the second layer stack can be the textured surface.
  • silicon solar cells that are textured on one or both sides, the texture of which enables better light coupling, which can improve absorption. Thus higher efficiencies can be achieved.
  • the texture can be generated either periodically or randomly.
  • the texture can have a large number of elements.
  • the texture can be nanotexturing or microtexturing.
  • nanotexturing is basically to be understood as meaning any texture in which the elevations and/or depressions on the surface have dimensions which are in the range of 1 or more nanometers, in particular in the range from 10 nm to 1000 nm, preferably in the range from 50 nm to 800 nm, particularly preferably in the range from 100 nm to 500 nm.
  • microtexturing is to be understood in principle as meaning any texture in which the elevations and/or depressions on the surface have dimensions in the range of 1 or more micrometers, in particular in the range from 2 ⁇ m to 500 ⁇ m, preferably in the range from 5 pm to 100 pm, particularly preferably in the range from 10 pm to 50 pm.
  • the dimensions can in particular be a height, a width and/or a depth of the elevations or the depressions.
  • the elements can be designed as an elevation on a surface of a layer of the first layer stack and/or the second layer stack.
  • the elements can be isolated elements which are at a distance from neighboring elements.
  • the elements can be designed without contact with one another. Alternatively, the elements can at least partially touch.
  • the elements can in particular have at least one shape selected from the group consisting of: a cone shape, in particular a truncated cone shape; a tetrahedron shape, in particular a pyramid shape; a cylindrical shape, in particular a circular cylindrical shape or elliptical cylindrical shape; a spherical shape.
  • the texture can have at least one structure selected from the group consisting of: a cone shape, in particular a truncated cone shape; a tetrahedron shape, in particular a pyramid shape; a cylindrical shape, in particular a circular cylindrical shape or elliptical cylindrical shape; a spherical shape.
  • the textured surface can have a self-cleaning effect.
  • the textured surface can improve optical properties of the perovskite-based multijunction solar cell, in particular so that light can be absorbed effectively and high efficiencies of the perovskite-based multijunction solar cell can be achieved.
  • the at least one texture can be formed on the substrate during step d).
  • the substrate may be or comprise a film and at least one surface of the film may be textured during lamination by hot stamping.
  • An additional functionality of the perovskite-based multi-junction solar cell can thus be achieved without carrying out an additional process step.
  • the textured surface can also be formed on the substrate before carrying out step d). will.
  • a textured foil and/or a textured glass can be provided.
  • the substrate and/or at least one layer of the first layer stack and/or of the second layer stack can have at least one surface with defects.
  • the defects can arise in particular as a result of imperfections in the manufacturing processes, the treatment steps or as a result of degradation.
  • the defects include in particular impurities, residual process materials, scratches and/or foreign bodies, in particular dust and/or particles.
  • the method according to the invention is, in particular in contrast to conventional production methods, fundamentally tolerant of defects and therefore represents an advantage for industrial production. In particular, a production error rate can be reduced.
  • one or more further layers of the first layer stack and/or the second layer stack can have the textured surface and/or the rough surface.
  • the further layers can in particular be layers which have a layer thickness of greater than 5 ⁇ m, in particular greater than 10 ⁇ m.
  • the further layer can be the absorber layer, in particular the solar cell.
  • the solar cell can be selected from the group consisting of: a silicon solar cell, a perovskite solar cell. Other solar cells are also conceivable.
  • the further layer can be the perovskite layer.
  • the textured surface of a layer or of the substrate can be continued by applying additional layers, in particular additional layers with a layer thickness of less than 5 ⁇ m, within the first layer stack or within the second layer stack.
  • electrode basically refers to any electron and/or hole conductor which interacts with at least one other electrode, with a medium between each two of these electrodes being located with which these electrodes interact.
  • the electrode can comprise at least one electrically conductive material.
  • the first electrode of the first layer stack can, in particular, be transparent.
  • the first electrode can in particular have at least one transparent conductive oxide selected from the group consisting of: indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), fluorine-doped tin oxide (FTO), hydrogen-doped indium oxide (IO:H), aluminum undoped zinc oxide (AZO).
  • ITO indium tin oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • FTO fluorine-doped tin oxide
  • IO:H hydrogen-doped indium oxide
  • AZO aluminum undoped zinc oxide
  • the first electrode can have at least one metal selected from the group consisting of: gold, silver, aluminum, copper, molybdenum (Mo).
  • the first electrode can be formed as a layer.
  • the first electrode can be produced in particular by means of at least one deposition method selected from the group consisting of: sputtering, electron beam evaporation, thermal evaporation. In principle, however
  • the second electrode of the second layer stack can in particular have at least one transparent conductive oxide selected from the group consisting of: indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), fluorine-doped tin oxide (FTO), hydrogen-doped indium oxide (IO:H), aluminum-doped zinc oxide (AZO).
  • the second electrode can have at least one metal selected from the group consisting of: gold, silver, aluminum, copper.
  • Other materials are also conceivable in principle.
  • the second electrode can in particular have a combination of two or more materials.
  • the combination can comprise two or more materials on top of one another and/or two or more materials next to one another.
  • the combination can include narrow gold lines on a continuous ITO layer.
  • the second electrode can in particular be formed as a layer.
  • the second electrode can be produced in particular by means of at least one deposition method selected from the group consisting of: sputtering, electron beam evaporation, thermal evaporation. In principle, however, other methods are also conceivable.
  • the first electrode and/or the second electrode can have at least one conductive oxide and can have a layer thickness of 15 nm to 300 nm, preferably 50 nm to 200 nm, particularly preferably 100 nm to 150 nm.
  • the first electrode and/or the second electrode can also have at least one metal and can have a layer thickness of 10 nm to 200 nm, preferably 50 nm to 100 nm.
  • the first electrode and/or the second electrode can each be formed as a layer, in particular as a layer of the first layer stack or of the second layer stack.
  • the first electrode and/or the second electrode can therefore be designed as a layer electrode.
  • the first electrode and/or the second electrode do not necessarily have to be in the form of a layer.
  • the first electrode and / or the second elec rode as a finger electrode, preferably as a finger electrode made of silver (Ag), as a grid or be designed as a grid-like electrode. In principle, other embodiments are also conceivable.
  • the term “recombination layer” basically refers to any layer of a solar cell in which recombination takes place, i.e. a spontaneous reunion of electrons with a hole.
  • the recombination layer can have at least one transparent conductive oxide selected from the group consisting of: indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), fluorine-doped tin oxide (FTO), hydrogen-doped indium oxide (IO:H), aluminum-doped zinc oxide (AZO) .
  • the recombination layer can have at least one metal selected from the group consisting of: gold, silver, aluminum, copper. Other materials are also conceivable in principle.
  • the recombination layer can in particular have a combination of two or more materials.
  • the combination can comprise two or more materials on top of each other and/or two or more materials next to each other.
  • the recombination layer can be produced in particular by means of at least one separation method selected from the group consisting of: sputtering, electron beam evaporation, thermal evaporation. In principle, however, other methods are also conceivable.
  • the recombination layer can have at least one conductive oxide and can have a layer thickness of 1 nm to 100 nm, preferably 5 nm to 50 nm, particularly preferably 10 nm to 20 nm.
  • the recombination layer can also have at least one metal and can have a layer thickness of 1 nm to 10 nm, preferably 2 nm to 5 nm.
  • the terms “hole transport layer” and “electron transport layer” refer to any charge transport layers that allow the corresponding charge carriers to move.
  • the hole transport layer can have at least one organic material selected from the group consisting of: a polymer, PTAA (poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), PEDOT:PSS (poly(ethylenedioxythio- phene):poly(styrene sulfonate)), Poly-TPD (poly[ N , N '-bis(4-butylphenyl)- N , N '- bis(phenyl)benzidine]), P3HT (poly(3-hexylthiophene)) .
  • PTAA poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]
  • PEDOT:PSS poly(ethylenedioxythio- phene):poly(styrene sulfonate)
  • the hole transport layer can contain at least one material based on small molecules, in particular Spiro-OMe-TAD (2,2',7,7'-tetraakis-(N,N-di-4-methoxyphenylamino)-9,9'-spirobifluorene ), exhibit.
  • the hole transport layer can have at least one self-organizing monolayer selected from the group: 2PACz ([2-(9H-carbazol-9-yl)ethyl] phosphonic acid), (7)MeO-2PACz ([2-(3,6 -dimethoxy-9H-carbazol-9-yl)ethyl] phosphonic acid.
  • the hole transport layer can have at least one inorganic material selected from the group consisting of: a metal oxide, in particular copper oxide (CuO), in particular nickel oxide (NiO), cupperiodide (Cul) , copper thiocyanates (CuSCN), wherein the inorganic material can be crystalline or have nanoparticles.
  • a metal oxide in particular copper oxide (CuO), in particular nickel oxide (NiO), cupperiodide (Cul) , copper thiocyanates (CuSCN), wherein the inorganic material can be crystalline or have nanoparticles.
  • CuO copper oxide
  • NiO nickel oxide
  • Cul cupperiodide
  • CuSCN copper thiocyanates
  • Other materials are also conceivable in principle.
  • the hole transport layer can also be doped with one of the materials from the group consisting of: Li-TFSI (lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide), TBP (4-tert-butylpyridine), FK209 (tris[2-(1H-pyrazole-1 -yl)-4-tert-butylpyridine] - cobalt(III), tri s [bis(trifluoromethylsulfonyl)imide]), F4-TCNQ (2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8 ,8-tetracyanoquinodimethane).
  • the hole transport layer can in particular have a combination of two or more materials.
  • the combination can include two or more materials on top of each other and/or two or more materials next to each other and/or a mixture of two or more materials.
  • the hole transport layer can be produced in particular by means of at least one deposition method selected from the group consisting of: sputtering, electron beam evaporation, thermal evaporation, rotary coating, doctor blade coating, inkjet printing. In principle, however, other methods are also conceivable.
  • the electron transport layer can have at least one organic material selected from the group consisting of: PCBM (6,6-phenyl C61 butyric methyl ester), ICBA (indene-C60 bisadduct), C60. Furthermore, the electron transport layer can have at least one inorganic material selected from the group consisting of: a metal oxide, in particular tin oxide (SnCh), in particular titanium oxide (TiO 2 ), wherein the organic material can be crystalline or can have nanoparticles. Other materials are also conceivable in principle. In particular, the electron transport layer can have a combination of two or more materials. The combination can include two or more materials on top of each other and/or two or more materials next to each other and/or a mixture of two or more materials.
  • the electron transport layer can be produced in particular by means of at least one deposition process selected from the group consisting of: sputtering, electron beam evaporation, thermal evaporation, spin coating, doctor blade coating, ink jet printing. In principle, however, other methods are also conceivable.
  • the electron transport layer and the hole transport layer can each have a layer thickness of from 0 nm to 500 nm, preferably from 10 nm to 200 nm. However, other dimensions are also conceivable in principle.
  • the first layer stack and/or the second layer stack can have one or more buffer layers.
  • the buffer layer can have at least one material selected from the group consisting of: bathocuproine (BCP), lithium fluoride (LiF), polyflu- oren (PFN).
  • BCP bathocuproine
  • LiF lithium fluoride
  • PFN polyflu- oren
  • the buffer layer can have at least one inorganic material comprising nanoparticles, for example based on Al2O3, ZnO or TiCh. Other materials are also conceivable in principle.
  • the buffer layer can be applied in particular to the electron transport layer and/or to the hole transport layer. In principle, other configurations are also conceivable.
  • the buffer layer can have a material of the hole transport layer or a material of the electron transport layer.
  • the buffer layer can in particular have at least one material selected from the group consisting of: PCBM (6,6-phenyl C61 butyric methyl ester); ICBA (indene-C60 bisadduct); C60; a metal oxide, in particular tin oxide (SnO 2 ), in particular titanium oxide (TiO 2 ).
  • the metal oxide can in particular be crystalline or can have nanoparticles.
  • the buffer layer can have at least one material selected from the group consisting of: a polymer, PTAA (poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), PEDOT:PSS (poly( ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate)), Poly-TPD (poly[ N , N '-bis(4- butylphenyl)- N , N '-bis(phenyl)benzidine]), P3HT (poly(3-hexylthiophene )).
  • PTAA poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]
  • PEDOT:PSS poly( ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate)
  • Poly-TPD poly[ N , N '-bis(4- butylphenyl)- N , N '-bis(phenyl)
  • the buffer layer can contain at least one material based on small molecules, in particular Spiro-OMeTAD (2,2′,7,7′-tetraakis-(N,N-di-4-methoxyphenylamino)-9,9′-spirobifluorene ), exhibit.
  • the buffer layer can have at least one self-assembling monolayer selected from the group: 2PACz ([2-(9H-carbazol-9-yl)ethyl] phosphonic acid), (7)MeO-2PACz ([2-(3,6-dimethoxy- 9H-carbazol-9-yl)ethyl] phosphonic acid.
  • the buffer layer can have at least one inorganic material selected from the group consisting of: a metal oxide, in particular copper oxide (CuO), in particular nickel oxide (NiO), cupperiodide (Cul), Copper thiocyanates (CuSCN), where the inorganic material can be crystalline or have nanoparticles.
  • a metal oxide in particular copper oxide (CuO), in particular nickel oxide (NiO), cupperiodide (Cul), Copper thiocyanates (CuSCN), where the inorganic material can be crystalline or have nanoparticles.
  • CuO copper oxide
  • NiO nickel oxide
  • Cul cupperiodide
  • CuSCN Copper thiocyanates
  • the buffer layer can also be doped with one of the materials from the group consisting of: Li-TFSI (lithium bis(trifluoromethanesulfonyl )imide), TBP (4-tert-butylpyridine), FK209 (tris[2-(lH-pyrazol-l-yl)-4-tert-butylpyridine]-cobalt(III), tris[bis(trifluoromethylsulfonyl) imide]), F4-TCNQ (2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquino-dimethane).
  • Li-TFSI lithium bis(trifluoromethanesulfonyl )imide
  • TBP 4-tert-butylpyridine
  • FK209 tris[2-(lH-pyrazol-l-yl)-4-tert-butylpyridine]-cobalt(III), tris[bis(trifluoromethylsulfonyl
  • the buffer layer can have a layer thickness of 0 nm to 30 nm, preferably 10 nm to 20 nm. However, other dimensions are also conceivable in principle.
  • the first layer stack and/or the second layer stack can have one or more passivation layers.
  • the passivation layer can have at least one material selected from the group consisting of: PEAI/PEABr/PEACl (phenylethylam- monium iodide/bromide/chloride), OAI/OABr/OACl (octylammonium iodide/bromide/chloride), BAI/BABr/BACl (butylammonium iodide/bromide/chloride), LiF (lithium fluoride), PMMA (poly(methyl methacrylate) ), AI2O3 (alumina), Lewis bases, Lewis acids. Other materials are also conceivable in principle.
  • the passivation layer can be applied, for example, to the electron transport layer and/or to the hole transport layer. In principle, other configurations are also conceivable.
  • the passivation layer can be used for surface functionalization. This fundamentally changes the chemical properties of the adjacent layer.
  • the passivation layer can be produced in particular by means of at least one deposition method selected from the group consisting of: spin coating, thermal evaporation, sputtering, electron beam evaporation, doctor blade coating, inkjet printing. In principle, however, other methods are also conceivable.
  • the passivation layer can have a layer thickness of 1 nm to 10 nm, preferably 2 nm to 5 nm.
  • step c) the first stack of layers is applied to the second stack of layers.
  • application refers to a superimposition! against the two layer stacks.
  • the first layer stack can have a first final layer.
  • the second layer stack can have a second final layer.
  • the term “closing layer” basically refers to any layer of a layer stack or a layer structure with several superimposed layers, which is adjacent to an outer environment of the layer stack or the layer structure with one long side of the layer.
  • the first layer stack can be applied to the second layer stack in such a way that the first final layer of the first layer stack and the second final layer of the second layer stack lie on top of one another.
  • overlying reference is made to the definition of the term “overlying” above in an analogous manner.
  • the perovskite layer can form the first final layer and the electron transport layer or the hole transport layer can form the second final layer. This can also be done in the opposite way, ie the perovskite layer can form the second final layer and the electron transport layer or the hole transport layer can form the first final layer.
  • the first final layer or the second final layer may be buffer layers, respectively.
  • the first layer and/or the second layer can be applied to further layers of the first layer stack or the second layer stack. The first layer and/or the second layer therefore does not necessarily have to be applied to the perovskite layer. As a result of the lamination, the first layer and/or the second layer can in principle be applied to the perovskite layer.
  • inorganic hole-transport layers and/or electron-transport layers can be produced from a vacuum phase.
  • a high quality and a compact structure can be present here. This is basically not possible or only possible to a limited extent with materials from the liquid phase, which use nanoparticles, for example, and thus always produce porous layers.
  • compact layers can contribute to the stability of the component architecture.
  • the perovskite layer can be applied to the first layer and/or to the second layer.
  • other versions are also conceivable.
  • the first layer stack is laminated with the second layer stack.
  • laminate basically refers to any material-locking, thermal joining process of at least two elements, in particular without additional auxiliary materials such as adhesives. The two elements can be placed one on top of the other in a hot press and the joining process can be carried out under the influence of temperature and pressure.
  • laminate designates in particular any cohesive, thermal joining process of the first final layer of the first layer stack with the second final layer of the second layer stack.
  • the term “mechanical connection” basically refers to a connection between two or more elements in such a way that the two or more elements are prevented from becoming detached when the elements are used as intended.
  • electrical connection basically refers to a connection between two or more elements in such a way that an electrical contact is formed between the elements, i.e. a charge carrier can be transported via a contact area between the elements.
  • more than two layer stacks can also be laminated together during step d).
  • the first stack of layers and the second stack of layers can be laminated with at least one further stack of layers, in particular at least one third stack of layers, during step d).
  • the first stack of layers and the second stack of layers can be introduced into a hot press.
  • the hot press may have a first platen and a second platen.
  • the first plate and the second plate can first be heated at a holding pressure, in particular from 5 MPa to 20 MPa.
  • a process temperature is reached, the pressure can be increased to a process pressure.
  • the process temperature can be in particular between 50°C and 300°C, in particular between 60°C and 150°C.
  • the process pressure can in particular be between 10 MPa and 250 MPa, in particular between 20 MPa and 150 MPa.
  • step d) can take place at a process temperature of 90° C., a process pressure of 80 MPa and with a duration of 10 minutes.
  • the perovskite-based multi-junction solar cell can then be cooled down and the pressure released.
  • the order can vary.
  • the perovskite-based multi-junction solar cell can first be cooled down and then the pressure can be released.
  • the pressure can first be reduced and then the perovskite-based multi-junction solar cell can be cooled down.
  • the perovskite layer forms either the layer forming the laminate of the first layer stack or of the second layer stack.
  • laminate-forming layer basically refers to a layer of the first stack of layers, which is bonded to a layer of the second stack of layers under the influence of temperature and pressure.
  • laminate-forming layer can designate a layer of the second stack of layers, which is bonded to a layer of the first stack of layers under the action of temperature and pressure.
  • the perovskite layer can form the laminate-forming layer of the first layer stack and the laminate-forming layer of the second layer stack cannot be a perovskite layer.
  • the perovskite layer can form the laminate-forming layer of the second layer stack and the laminate-forming layer of the first layer stack cannot be a perovskite layer.
  • the layer forming the laminate can be the first final layer of the first stack of layers or the second final layer of the second stack of layers.
  • the laminate-forming layer can be the first final layer of the first stack of layers or the second final layer of the second stack of layers and can comprise a surface treatment.
  • a further layer can be applied to the perovskite layer.
  • the further layer can in particular be selected from the group consisting of: a buffer layer, a passivation layer.
  • Other exemplary embodiments are also conceivable in principle.
  • the perovskite layer can be a layer selected from the group consisting of: the first final layer of the first layer stack; the second final layer of the second layer stack; a layer of the first layer stack, which is connected to the first final layer; a layer of the second layer stack, which adjoins the second concluding layer.
  • the layer of the first stack of layers which adjoins the first final layer and the layer of the second stack of layers which adjoins the second final layer may also be referred to as layers underlying the first and second final layers, respectively.
  • the first layer stack and/or the second layer stack can also optionally include further perovskite layers.
  • the perovskite-based multi-junction solar cell can be produced in a monolithic (n+l)-terminal connection by multiple lamination, where n corresponds to a number of absorber layers. In this way, a series connection with (n+1) contacts can be established. Each electrode or between electrodes can be contacted and/or interconnected by offsetting the layer stack. In principle, other approaches are also conceivable.
  • the perovskite of the perovskite layer can be present in the solid phase.
  • phase refers to a physical state of a substance that can be transformed into another physical state simply by changing the temperature and/or pressure. Therefore, the perovskite layer can be a solid layer.
  • further layers of the first layer stack in particular the first electrode and/or the first layer, and/or further layers of the second layer stack, in particular the second electrode, and/or the absorber layer, and/or the recombination layer and/or the buffer layer and/or the second layer are in the solid phase before carrying out step d).
  • Step d) a connection between the first layer stack and the second layer stack can be established by recrystallizing the solid perovskite layer.
  • Steps a) to d) can be adhesive-free process steps.
  • the term “adhesive-free process step” basically refers to a process step that takes place without using any adhesive. There is no need to use an additional adhesive, also as an add-on in other layers of the stack. This eliminates the need for an additional layer of adhesive.
  • only optical and electrical functional layers can be present in the perovskite-based multi-junction solar cell. Additional optical, mechanical and/or electrical losses can therefore be avoided in principle. In principle, this can lead to a high stability of the perovskite-based multi-junction solar cell.
  • the efficiency of the perovskite-based multi-junction solar cell can be increased.
  • the method according to the invention can thus be a scalable process, since no liquid phase is involved in the connection of the first Layer stack is present with the second layer stack. Furthermore, a simple construction element structure can be present. Production costs can basically be reduced.
  • perovskite-based multiple solar cells with different configurations by means of the method according to the invention.
  • the method according to the invention enables new configurations of the first stack of layers and/or the second stack of layers that are fundamentally not accessible with existing methods.
  • electron transport layers and/or hole transport layers can also be produced from compact and/or continuous layers.
  • the layers can be non-porous layers.
  • the layers cannot be nano- and/or microparticle-based layers.
  • combinations can be produced which include perovskite, an electron transport layer with at least one material selected from the group consisting of: SnCh, T1O2, cadmium-selenium quantum dots (Cd x Se y ), tungsten oxide (W x O y ), strontium titanate (SrTiCb), tin oxide (ZnO), and a hole transport layer with at least one other material selected from the group consisting of: nickel oxide (NiO x ), (copper oxide) CO, copper thiocyanate (CuSCN), copper oxide (CuO x ), copper-chromium oxide (Cu:CrO x ), molybdenum(VI) oxide (M0O3), vanadium oxide (V x O y ),
  • the perovskite layer can have a layer thickness of 800 nm to 10 ⁇ m, in particular from 1 ⁇ m to 5 ⁇ m. Furthermore, the perovskite layer can have a layer thickness of 50 nm to 800 nm, in particular 500 nm to 600 nm.
  • a thick perovskite layer can compensate for a texture or roughness on an upper side of the absorber layer and ensure at least almost complete coverage.
  • the perovskite layer can adapt to the texture of the absorber layer and can have a defined/controlled texture, such as a planar, a rough or a structured texture, on a side facing away from the texture of the absorber layer.
  • a stack of layers can in principle be laminated several times.
  • a stack of layers can be laminated multiple times onto another stack of layers.
  • a substrate for example a planar silicon wafer, a planar glass, or another substrate can be used on which, for example, an anti-adhesion layer made of polydimethylsiloxane (PDMS), polytetrafluoroethylene (PTFE), FTO, ITO, SnO 2 , NiO x is applied can be.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • FTO tetrafluoroethylene
  • ITO ITO
  • SnO 2 SnO 2
  • NiO x NiO x
  • Other layers, from which the layer stack can be detached again as a unit from the non-stick layer after lamination, are also fundamentally possible.
  • a multiple solar cell can be produced by multiple lamination of one layer stack onto another layer stack, which can have, for example, more than two absorb
  • the perovskite layer can be formed as a planar layer.
  • a planar formation of the perovskite layer can be produced by laminating a detachable layer onto the perovskite layer. A limitation in the processing of the multi-junction solar cell due to a rough perovskite layer can thus be avoided.
  • the perovskite-based multiple solar cell can in particular have more than two absorbers.
  • the perovskite-based multiple solar cell with more than two absorbers can in particular have more than two layer stacks which are laminated together. An efficiency of the perovskite-based multi-junction solar cell can thus be increased.
  • the perovskite-based multi-junction solar cell can have more than two absorbers.
  • other configurations are also conceivable.
  • the perovskite-based multi-junction solar cell can have three absorbers, a perovskite layer, a first absorber layer and a second absorber layer.
  • the first and/or the second absorber layer can have a material selected from the group consisting of: perovskite, crystalline or amorphous silicon, copper indium gallium diselenide (CIGS), cadmium telluride (CdTe), gallium arsenide (GaAs), Germanium (Ge), indium gallium arsenide (InGaAs), indium gallium phosphide (InGaP).
  • CIGS copper indium gallium diselenide
  • CdTe cadmium telluride
  • GaAs gallium arsenide
  • Germanium Ge
  • InGaAs indium gallium arsenide
  • InGaP indium gallium phosphide
  • the layer stacks can in particular be arranged one on top of the other.
  • a perovskite-based multi-junction solar cell includes at least a first layer stack.
  • the first layer stack has at least one first electrode and at least one first layer up.
  • the first layer stack can have at least one substrate.
  • the perovskite-based multi-junction solar cell includes at least one second layer stack.
  • the second layer stack has at least one absorber layer and at least one second layer.
  • the second layer stack can have at least one second electrode.
  • the second layer stack can have a recombination layer. The first stack of layers is applied to the second stack of layers.
  • the first layer stack is laminated to the second layer stack in such a way that at least one connection selected from the group consisting of: a mechanical connection, an electrical connection between the first layer stack and the second layer stack is formed.
  • the first layer and the second layer are each selected from the group consisting of: a hole transport layer, an electron transport layer, a buffer layer, a recombination layer, an electrode layer.
  • the first layer stack or the second layer stack has a perovskite layer.
  • the perovskite layer forms either a layer of the first layer stack or of the second layer stack that forms a laminate.
  • the perovskite silicon multiple solar cell can be produced using the method for producing a perovskite-based multiple solar cell, as has already been described or will be described below. With regard to further details on configurations and designs of the perovskite silicon multiple solar cell, reference can therefore be made in an analogous manner to the description above and to the following description of the method for producing a perovskite-based multiple solar cell.
  • the first layer stack can have the first electrode.
  • the first electrode can be applied to the substrate.
  • the substrate can comprise glass, in particular flexible glass.
  • the substrate can have a thickness of 50 ⁇ m to 5 mm, in particular from 100 ⁇ m to 250 ⁇ m.
  • the first electrode can include indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the first electrode can have a thickness of 100 nm to 500 nm, in particular 120 nm to 300 nm.
  • the second layer stack in the exemplary embodiment can have a further substrate, the second electrode can have the absorber layer, and the second layer, which is a recombination layer.
  • the further substrate can comprise glass.
  • the further substrate can have a thickness of 50 ⁇ m to 5 mm, in particular 1 mm.
  • the second electrode can comprise molybdenum (Mo).
  • Mo molybdenum
  • the second electrode can have a thickness of 0.1 ⁇ m to 2 ⁇ m, in particular from 0.2 ⁇ m to 1 ⁇ m.
  • the absorber layer can include a copper indium gallium diselenide (CIGS) solar cell.
  • the CIGS solar cell can in particular have a thickness of 1 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • a surface of CIGS solar cells can in particular have a square roughness of 1 nm to 2 m2. The surface can in particular be a surface facing away from the further substrate.
  • the second layer in particular the recombination layer, can in particular lie on the surface of the CIGS solar cell.
  • the second layer can have a thickness of 1 square meter to 5 square meters.
  • the recombination layer can in particular include indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the recombination layer can in particular have a thickness of 15 nm to 100 nm, in particular 30 nm to 70 nm.
  • the first layer stack and the second layer stack can also each comprise further layers, in particular at least one perovskite layer, in particular with a thickness of 100 nm to 2 m2, in particular from 300 nm to 800 nm, at least one Hole transport layer and/or at least one electron transport layer.
  • the hole-transport layer can comprise nickel oxide (NiO x ).
  • the hole transport layer made of nickel oxide (NiO x ) can in particular have a thickness of 10 nm to 50 nm, in particular of 20 nm to 30 nm.
  • the hole transport layer can in particular comprise a self-organizing monolayer, in particular 2PACz ([2-(9H-carbazol-9-yl)ethyl]phosphonic acid).
  • the hole transport layer made of 2PACz can lie on the hole transport layer made of nickel oxide and thus form a double hole transport layer.
  • the electron transport layer can in particular comprise tin oxide (SnO x ) and in particular have a thickness of 10 nm to 50 nm, in particular 30 nm to 40 nm.
  • the electron transport layer can in particular comprise fullerenes (C60) and in particular have a thickness of 10 nm to 30 nm, in particular 20 nm to 25 nm.
  • the electron transport layer made of tin oxide can in particular rest on the electron transport layer made of fullerene and thus form a double electron transport layer.
  • the first layer stack can include the hole transport layer and the perovskite layer.
  • the hole transport layer can in particular lie on the first electrode.
  • the perovskite layer can in particular lie on the hole transport layer.
  • the second layer stack may include the electron transport layer.
  • the electron transport layer can in particular lie on the recombination layer.
  • the first layer stack can include the electron transport layer and the perovskite layer.
  • the electron transport layer can in particular lie on the first electrode.
  • the perovskite layer can in particular lie on the electron transport layer.
  • the second layer stack may comprise the hole transport layer.
  • the hole transport layer can in particular lie on the recombination layer.
  • the first layer stack can comprise the hole transport layer.
  • the hole-transport layer can lie on the first electrode.
  • the second layer stack can include the electron transport layer and the perovskite layer.
  • the electron transport layer can in particular lie on the recombination layer.
  • the perovskite layer can lie on the electron transport layer.
  • the first layer stack can include the electron transport layer.
  • the electron transport layer can in particular lie on the first electrode.
  • the second layer stack can include the hole transport layer and the perovskite layer.
  • the hole transport layer can in particular lie on the recombination layer.
  • the perovskite layer can lie on the hole-transport layer.
  • the first layer stack can include the hole transport layer and the perovskite layer.
  • the hole transport layer can in particular lie on the first electrode.
  • the perovskite layer can in particular rest on the hole transport layer.
  • the second layer stack can include the electron transport layer and a further perovskite layer.
  • the electron transport layer can in particular lie on the recombination layer.
  • the further perovskite layer in particular, can lie on the electron transport layer.
  • the first layer stack can include the electron transport layer and the perovskite layer.
  • the electron transport layer can in particular lie on the first electrode.
  • the perovskite layer can in particular lie on the electron transport layer.
  • the second layer stack can include the hole transport layer and the further perovskite layer.
  • the hole-transport layer can lie in particular on the recombination layer.
  • the further perovskite layer can lie in particular on the hole-transport layer.
  • the first layer stack can include the hole transport layer.
  • the hole-transport layer can lie on the first electrode.
  • the second layer stack can include the electron transport layer, the perovskite layer and the further perovskite layer.
  • the Electron transport layer can in particular lie on the recombination layer.
  • the perovskite layer can in particular lie on the electron transport layer.
  • the further perovskite layer in particular, can rest on the perovskite layer.
  • the perovskite layer and the further perovskite layer can in particular be applied one after the other by sequential lamination.
  • the first layer stack can include the electron transport layer.
  • the electron transport layer can in particular lie on the first electrode.
  • the second layer stack can include the hole transport layer, the perovskite layer and the further perovskite layer.
  • the hole transport layer can overlie the recombination layer.
  • the perovskite layer can in particular rest on the hole transport layer.
  • the additional perovskite layer can rest in particular on the perovskite layer.
  • the first layer stack can have the substrate, the first electrode, two first layers and the perovskite layer.
  • the first electrode can be placed on the substrate.
  • the two first layers can be applied to the first electrode.
  • the perovskite layer can be applied to the first two layers.
  • the first two layers can in particular be electron transport layers, in particular two essentially superimposed electron transport layers.
  • the substrate can comprise polyethylene naphthalate (PEN).
  • the substrate can be or comprise a film made of polyethylene naphthalate (PEN).
  • the substrate can have a thickness of 125 ⁇ m.
  • the first electrode can have indium tin oxide (ITO).
  • the first electrode can have a thickness of 300 nm.
  • the two first layers can in particular be two electron transport layers, in particular a first electron transport layer and a second electron transport layer.
  • the first electron transport layer can comprise tin oxide (SnO x ).
  • the first electron transport layer can in particular have a thickness of 35 nm.
  • the second electron transport layer can in particular include fullerenes (C60).
  • the second electron transport layer can in particular have a thickness of 20 nm.
  • the perovskite layer can be Cso .i (MAo .i 7FAo . 83)o . 9Pb(Io . 83Bro .i 7)3.
  • the perovskite layer in particular can have a thickness of 370 nm.
  • the second layer stack can in particular have the second electrode, the absorber layer, and three second layers.
  • the absorber layer can be applied to the second electrode.
  • the three second layers can be applied to the absorber layer.
  • the three second layers can be, in particular, two hole-transport layers and a recombination layer, in particular three second layers lying essentially one on top of the other.
  • the second electrode can have indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the second electrode can in particular have a thickness of 70 nm.
  • the absorber layer can in particular comprise a silicon solar cell.
  • the silicon solar cell can in particular have the following architecture: a-Si:H ⁇ n>/a-Si:H ⁇ i>/c-Si wafer ⁇ n>/a-Si:H ⁇ i>/a-Si:H ⁇ p>.
  • a heterojunction can be present.
  • the silicon solar cell can in particular be polished on both sides. In particular, the silicon solar cell can have a thickness of 280 ⁇ m.
  • the recombination layer can rest on the absorber layer.
  • the recombination layer can include indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the recombination layer can in particular have a thickness of 30 nm.
  • the two hole-transport layers in particular a first hole-transport layer and a second hole-transport layer, can lie on the recombination layer.
  • the first hole transport layer can in particular lie on the recombination layer and the second hole transport layer can lie in particular on the first hole transport layer.
  • the first hole-transport layer can comprise nickel oxide (NiO x ).
  • the first hole-transport layer can have a thickness of 20 nm.
  • the second hole transport layer may comprise a self-assembling monolayer, in particular 2PACz ([2-(9H-carbazol-9-yl)ethyl]phosphonic acid).
  • the substrate can be made of glass.
  • the substrate can have a thickness of 1 mm.
  • the first electrode may include indium tin oxide.
  • the first electrode can have a thickness of 100 nm or 150 nm.
  • the electron transport layer may include tin oxide (SnCh).
  • the electron transport layer can have a thickness of 10 nm or 20 include nm.
  • the perovskite layer can have a thickness of 350 nm or 700 nm.
  • the hole transport layer can comprise PTAA (poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]) and have a thickness of 5 nm or 10 nm.
  • the perovskite-based multi-junction solar cell can have a further hole transport layer.
  • the further hole transport layer can comprise nickel oxide (NiO x ).
  • the further hole transport layer can have a thickness of 10 nm or 20 nm.
  • the recombination layer may include indium tin oxide.
  • the recombination layer can have a thickness of 15 nm or 70 nm.
  • the perovskite-based multiple solar cell can include a silicon solar cell.
  • the silicon solar cell can have a thickness of 200 pm or 300 pm.
  • the substrate can be made of glass.
  • the substrate can have a thickness of 1 mm.
  • the first electrode may include indium tin oxide.
  • the first electrode can have a thickness of 100 nm.
  • the electron transport layer may include tin oxide (SnCh).
  • the electron transport layer may have a thickness of 10 nm.
  • the perovskite layer can have a thickness of 350 nm.
  • the hole transport layer may include nickel oxide (NiO x ).
  • the hole transport layer can have a thickness of 10 nm.
  • the recombination layer may comprise indium tin oxide.
  • the recombination layer can have a thickness of 15 nm.
  • the perovskite-based multi-junction solar cell can include a silicon solar cell.
  • the silicon solar cell can have a thickness of 200 ⁇ m.
  • the perovskite-based multi-junction solar cell can have a further recombination layer.
  • the further recombination layer can comprise indium tin oxide.
  • the further recombination layer can have a thickness of 15 nm.
  • the perovskite-based multi-junction solar cell can have the further hole transport layer.
  • the further hole transport layer can include PTAA (poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]).
  • the further hole transport layer can have a thickness of 5 nm.
  • the perovskite-based multi-junction solar cell can have an absorber layer.
  • the absorber layer may include perovskite.
  • the absorber layer can have a thickness of 300 nm.
  • the perovskite-based multi-junction solar cell can have a further electron transport layer.
  • the further electron transport layer can comprise tin oxide (SnCh).
  • the further electron transport layer can have a thickness of 10 nm.
  • the second electrode may include indium tin oxide.
  • the second electrode can have a thickness of 100 nm.
  • the perovskite-based multi-junction solar cell can have a further substrate.
  • the further substrate can be made of polyethylene naphthalate.
  • the further substrate can have a thickness of 125 ⁇ m.
  • Electrode, buffer and/or passivation layers can in principle be processed at higher temperatures under the perovskite layer of the first layer stack and/or the second layer stack. Properties of the electrode, buffer and/or passivation layers that are processed at higher temperatures can fundamentally be improved compared to electrode, buffer and/or passivation layers that are processed at lower temperatures on a layer stack. In principle, improved long-term stability of perovskite-based multi-junction solar cells can still be achieved.
  • the lamination process is particularly suitable for scale-up processes such as roll-to-roll production.
  • a parallelization can be achieved by the separate production of the layer stack.
  • the larger selection of materials results in a larger selection of possible processes for producing the layers.
  • Lamination increases process choices.
  • scalable processes are possible in principle. Homogeneity problems in liquid phase processes can thus be avoided.
  • multiple solar cells can be produced inexpensively with a simultaneous high throughput.
  • Lamination makes fundamentally new solar cell architectures possible. This basically opens up the possibility of higher efficiencies and improved stability.
  • the fact that the perovskite layer forms either a layer of the first layer stack or of the second layer stack that forms a laminate basically leads to a free choice of material for the perovskite-based multi-junction solar cell and to a free choice of the deposition process for the deposition of the hole transport layer, the electron transport layer, and the buffer layer , the recombination layer or the electrode.
  • a charge carrier-selective layer, in particular the hole-transport layer or the electron-transport layer, and an electrode/recombination layer can be applied to the perovskite layer.
  • Lamination allows the required layers to be produced in front of and/or under the perovskite layer in terms of time. In principle, this can minimize incompatibilities and increase a selection of possible materials and/or manufacturing processes for the layers of the perovskite-based multi-junction solar cell. In addition, the choice of material for the further layer forming the laminate can be fundamentally increased, since this does not necessarily have to be produced on the perovskite layer, but can be applied to one of the layer stacks to be laminated.
  • FIGS. 1 A to ID show a method according to the invention for producing a perovskite-based multiple solar cell
  • FIGS. 2A to 2H show exemplary embodiments of the first layer stack and the second layer stack
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a perovskite-based
  • FIGS. 4A and 4B show another exemplary embodiment of a first layer stack and a second layer stack of a perovskite-based multi-junction solar cell (FIG. 4A) and measurement data of the exemplary embodiment (FIG. 4B); and
  • FIGS. 5A to 5H further exemplary embodiments of a first layer stack and a second layer stack of a perovskite-based multiple solar cell.
  • Figures 1A to ID show a method according to the invention for producing a perovskite-based multiple solar cell 110.
  • the perovskite-based multiple solar cell 110 is shown in Figure IC.
  • Figure 1A shows a first layer stack 112 and a second layer stack 114.
  • Figure 1B shows the lamination of the first layer stack 112 and the second layer stack 114, and
  • Figure ID shows an exemplary example of process parameters in a graphical plot.
  • the first layer stack 112 is placed on a substrate 116.
  • FIG. The first layer stack 112 has a first electrode 118 which can be formed as a layer on the substrate 116 .
  • the first layer stack 112 has a first layer 120 .
  • the first layer 120 may be formed on the first electrode 118 .
  • the first layer 120 can be a hole transport layer 122 in this exemplary embodiment.
  • the first layer stack 112 can have a perovskite layer 124 in this exemplary embodiment.
  • the perovskite layer 124 can form a first final layer 126 of the first layer stack 112 .
  • the second layer stack 114 can have a second electrode 128 . Furthermore, the second layer stack 114 has an absorber layer 130 . The absorber layer 130 can be formed on the second electrode 128 . Furthermore, the second layer stack 114 has a recombination layer 132 . The recombination layer 132 can be formed on the absorber layer 130 . Furthermore, the second layer stack 114 has a second layer 134 . The second layer 134 can be an electron transport layer 136 in this exemplary embodiment. The second layer 134 can be formed on the recombination layer 132 . The second layer 134 can form a second final layer 138 of the second layer stack 114 .
  • the first stack of layers 112 and the second stack of layers 114 can be placed in a hot press for lamination.
  • the first layer stack 112 and the second layer stack 114 can be placed one on top of the other in such a way that the first final layer 126 of the first layer stack 112 and the second final layer 138 of the second layer stack 114 rest on one another.
  • a bottom platen 140 and a top platen 142 of the hot press are shown.
  • the perovskite layer can recrystallize under pressure and temperature, and a mechanical and electrical connection can form between the first layer stack 112 and the second layer stack 114 .
  • the perovskite-based multi-junction solar cell 110 is shown in FIG. Incident light is shown schematically with arrow 144 .
  • the process parameters temperature T in °C and pressure in MPa are shown graphically as a function of time t in min as an example.
  • the procedure can be divided into three phases. In a heating-up phase 146, the temperature can rise. In a lamination phase 148, in which the recrystallization of the perovskite layer takes place, the temperature can be kept essentially constant. At the beginning of the lamination phase 148, a pressure increase can occur. In a cooling phase 150, the temperature can drop continuously. During the cooling phase 150 the pressure can be reduced.
  • Figures 2A to 2H show exemplary embodiments of the first layer stack 112 and the second layer stack 114.
  • the first layer stack 112 and the second layer stack 114 correspond at least in part to the first layer stack 112 and the second layer stack 114 according to Figure 1A, so that the description of the Figure 1A above can be referenced.
  • the first layer stack 112 has the electron transport layer 136 in FIG. 2A and the second layer stack 114 has the hole transport layer 122 .
  • the hole transport layer 122 forms the second final layer 138.
  • the perovskite layer 124 forms the first final layer 126 from.
  • the second layer stack 114 has the perovskite layer 124 in FIG. 2B.
  • the perovskite layer 124 forms the second final layer 138.
  • the hole transport layer 122 forms the first final layer 126.
  • the electron transport layer 136 forms the first final layer 126.
  • the first layer stack 112 and the second layer stack 114 according to FIG. 2C correspond at least largely to the first layer stack 112 and the second layer stack 114 according to FIG. 2B.
  • the first layer 120 is the electron transport layer 136 and the second layer 134 is the hole transport layer 122.
  • the second layer 134 is the electron transport layer 136 which forms the second final layer 138 .
  • the first layer stack 112 has two first layers 120, an inner hole transport layer 122 and a buffer layer 137.
  • the buffer layer 137 is arranged on the perovskite layer 124 and forms the first final layer 126.
  • the first layer stack 112 and the second layer stack 114 according to FIG. 2E correspond at least largely to the first layer stack 112 and the second layer stack 114 according to FIG. 2D.
  • the second final layer 138 is the hole transport layer 122.
  • the first layer stack 112 has two first layers 120, an internal electron transport layer 136 and the buffer layer 137.
  • the buffer layer 137 is arranged on the perovskite layer 124 and forms the first final layer 126.
  • the first layer stack 112 has the electron transport layer 136 .
  • the second layer stack 114 has the perovskite layer 124 and two second layers 134, an inner hole transport layer 122 and the buffer layer 137.
  • the buffer layer 137 forms the second final layer 138.
  • the first layer stack 112 and the second layer stack 114 according to FIG. 2G correspond at least largely to the first layer stack 112 and the second layer stack 114 according to FIG. 2F.
  • the first layer 120 is the hole transport layer 122.
  • the second layer stack 114 has the perovskite layer 124 and two second layers 134, an internal electron transport layer 136 and the buffer layer 137.
  • the buffer layer 137 forms the second final layer 138.
  • the first layer stack 112 has the hole transport layer 122 in FIG. 2H and the second layer stack 114 has the electron transport layer 136 .
  • the electron transport layer 136 forms the second final layer 138.
  • the perovskite layer 124 forms the first final layer 126 from.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a perovskite-based multiple solar cell 110.
  • the perovskite-based multiple solar cell 110 has a second electrode 128 made of silver with a thickness of 100 nm.
  • the silicon solar cell 152 can have a thickness of approximately 300 ⁇ m.
  • An ITO layer with a layer thickness of 70 nm can be located between the second electrode 128 and the silicon solar cell 152 (not shown in FIG. 3).
  • the recombination layer 132 is applied to the silicon solar cell 152 with a thickness of 70 nm.
  • the recombination layer 132 can have a thickness of 35 nm.
  • the recombination layer 132 may include indium tin oxide.
  • a hole transport layer 122 made of nickel oxide with a thickness of 20 nm is applied to the recombination layer 132.
  • a further hole transport layer 122 made of poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine is applied to the hole transport layer 122 ] with a thickness of less than 10 nm.
  • the further hole transport layer 122 can be 2PACz ([2-(9H-carbazol-9-yl)ethyl] phosphonic acid).
  • the perovskite layer 124 is applied to the further hole transport layer 122 with a thickness of 370 nm.
  • the electron transport layer 136 made of tin oxide is applied to the perovskite layer 124 with a thickness of 20 nm.
  • the first electrode 118 is made of indium tin oxide and has a thickness of 100 nm to 150 nm.
  • the substrate 116 forms a film of polyethylene naphthalate with a thickness of 125 ⁇
  • Figure 4A shows another exemplary embodiment of a first layer stack 112 and a second layer stack 114 of a perovskite-based multi-junction solar cell 110.
  • the first layer stack 112 can include the substrate 116 , the first electrode 118 , two first layers 120 and the perovskite layer 124 .
  • the first electrode 118 can be applied to the substrate 116 .
  • the two first layers 120 can be applied to the first electrode 118 .
  • the perovskite layer 124 can be applied to the two first layers 120 .
  • the two first layers 120 can be electron transport layers 136, in particular two electron transport layers 136 lying essentially on top of one another.
  • the substrate 116 may comprise polyethylene naphthalate (PEN).
  • PEN polyethylene naphthalate
  • the substrate 116 may be or include a film of polyethylene naphthalate (PEN).
  • the substrate 116 can have a thickness of 125 ⁇ m.
  • the first electrode 118 may include indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the first electrode 118 may have a thickness of 300 nm.
  • the two first layers 120 can be two electron transport layers 136, in particular a first electron transport layer 154 and a second electron transport layer 156.
  • the first electron transport layer 154 may include tin oxide (SnO x ).
  • the first electron transport layer 154 may have a thickness of 35 nm.
  • the second electron transport layer 156 may include fullerenes (C60).
  • the second electron transport layer 156 may have a thickness of 20 nm.
  • the perovskite layer 124 may be Cso .i (MAo .i 7FAo . 83)o . 9Pb(Io . 83Br 0.i 7)3.
  • the perovskite layer 124 may have a thickness of 370 nm.
  • the second layer stack 114 can have the second electrode 128 , the absorber layer 130 and three second layers 134 .
  • the absorber Layer 130 may be applied.
  • the three second layers 134 can be applied to the absorber layer 130 .
  • the three second layers 134 can be a recombination layer 132 and two hole-transport layers 122, in particular three second layers 134 lying essentially one on top of the other.
  • the second electrode 128 may include indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the second electrode 128 may have a thickness of 70 nm.
  • the absorber layer 130 may include a silicon solar cell 152 .
  • the silicon solar cell 152 can have the following architecture: a-Si:H ⁇ n>/a-Si:H ⁇ i>/c-Si wafer ⁇ n>/a-Si:H ⁇ i>/a-Si: H ⁇ p>. A heterojunction can be present.
  • the silicon solar cell 152 can be polished on both sides.
  • the silicon solar cell 152 can have a thickness of 280 ⁇ m.
  • the recombination layer 132 can lie on the absorber layer 130 .
  • the recombination layer 132 may include indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the recombination layer 132 may have a thickness of 30 nm.
  • the two hole transport layers 122 in particular a first hole transport layer 158 and a second hole transport layer 160, can lie on the recombination layer 132.
  • the first hole transport layer 158 can lie on the recombination layer 132 and the second hole transport layer 160 can lie on the first hole transport layer 158.
  • the first hole transport layer 158 may include nickel oxide (NiO x ).
  • the first hole transport layer 158 may have a thickness of 20 nm.
  • the second hole transport layer 160 may comprise a self-assembled monolayer, specifically 2PACz ([2-(9H-carbazol-9-yl)ethyl] phosphonic acid).
  • the perovskite-based multi-junction solar cell 110 according to FIG. 4A can be produced with the following lamination parameters: 80 MPa, 90° C., 5 min.
  • the perovskite-based multiple solar cell 110 according to FIG. 4A can in particular be a laminated monolithic silicon/perovskite multiple solar cell.
  • the perovskite-based multiple solar cell 110 according to FIG. 4A can have an efficiency of 20.6%, an open-circuit voltage of 1.75 V, a short-circuit current density of 16.0 mA/cm 2 and a filling factor of 73.7%.
  • FIG. 4B shows measurement data of the exemplary embodiment according to FIG. 4A.
  • a current density J in mA/cm 2 as a function of a voltage U in V is shown.
  • the solid line shows a reverse measurement
  • the dashed line shows a forward measurement.
  • the efficiency of 20.6% described above, the no-load voltage of 1.75 V, the short-circuit current density of 16.0 mA/cm 2 and the fill factor of 73.7% of a perovskite-based multi-junction solar cell 110 can be read from the JU curve.
  • the maximum power point is at (1.45 V; 14.2mA/cm 2 ) in reverse measurement, which corresponds to an output power of 20.6mW/cm 2 .
  • the open circuit voltage of a perovskite-based multijunction solar cell 110 approximates the voltage addition of both perovskite and silicon solar cells, showing that both solar cells contribute to the performance.
  • the current density-voltage characteristics including the low hysteresis underscores that the perovskite layer 124 and silicon solar cell 152 are of high quality despite the high temperature and pressure applied during the lamination process and no serious degradation is expected .
  • Figures 5A to 5H show further exemplary embodiments of a first layer stack 112 and a second layer stack 114 of a perovskite-based multiple solar cell 110.
  • the first layer stack 112 can have the substrate 116 and the first electrode 118.
  • the first electrode 118 can be applied to the substrate 116 .
  • the substrate 116 can comprise glass, in particular flexible glass.
  • the substrate 116 can have a thickness of 50 ⁇ m to 5 mm, in particular from 100 ⁇ m to 250 ⁇ m.
  • the first electrode 118 may include indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the first electrode 118 can have a thickness of 100 nm to 500 nm, in particular of 120 nm to 300 nm.
  • the second layer stack 114 can have a further substrate 162, the second electrode 128, the absorber layer 130 and a second layer 134, which is a recombination layer 132.
  • the further substrate 162 can comprise glass.
  • the further substrate 162 can have a thickness of 50 ⁇ m to 5 mm, in particular 1 mm.
  • the second electrode 128 may include molybdenum (Mo).
  • Mo molybdenum
  • the second electrode 128 may have a thickness of 0.1 mil to 2 mil, more preferably 0.2 mil to 1 mil.
  • the second electrode 128 can be arranged between the additional substrate 162 or the absorber layer 130 .
  • the absorber layer 130 may include a copper indium gallium diselenide (CIGS) solar cell 164 .
  • the CIGS solar cell 164 may have a thickness of 1 mil to 5 mils.
  • a surface 168 of the CIGS solar cell 164 may have a square roughness of 1 nm to 2 mil.
  • the surface 168 can be a surface facing away from the further substrate 162 .
  • the second layer 134, in particular the recombination layer 132, can lie on the surface 168 of the CIGS solar cell 164 with a thickness of 1 gm to 5 gm.
  • the recombination layer 132 may include indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the recombination layer 132 can have a thickness of 15 nm to 100 nm, in particular of 30 nm to 70 nm.
  • the first layer stack 122 and the second layer stack 114 of the exemplary embodiments according to FIGS. 5A to 5H can also each include further layers, in particular at least one perovskite layer 124 with a thickness of 100 nm to 2 ⁇ m, in particular from 300 nm to 800 nm. a hole transport layer 122 and an electron transport layer 136.
  • the hole transport layer 122 may include nickel oxide (NiO x ).
  • the hole transport layer 122 made of nickel oxide (NiO x ) can have a thickness of 10 nm to 50 nm, in particular of 20 nm to 30 nm.
  • the hole transport layer 122 may comprise a self-assembling monolayer, specifically 2PACz ([2-(9H-carbazol-9-yl)ethyl] phosphonic acid).
  • the electron transport layer 136 may comprise tin oxide (SnO x ) and have a thickness of 10 nm to 50 nm, in particular 30 nm to 40 nm.
  • the electron transport layer 136 can include fullerenes (C60) and have a thickness of 10 nm to 30 nm, in particular 20 nm to 25 nm.
  • the first layer stack 112 can comprise the hole transport layer 122 and the perovskite layer 124.
  • the hole transport layer 122 may overlie the first electrode 118 .
  • Perovskite layer 124 may overlie hole transport layer 122 .
  • the second layer stack 114 can comprise the electron transport layer 136. Electron transport layer 136 may overlie recombination layer 132 .
  • the first layer stack 112 can include the electron transport layer 136 and the perovskite layer 124 .
  • Electron transport layer 136 may overlie first electrode 118 .
  • Perovskite layer 124 may overlie electron transport layer 136 .
  • the second layer stack 114 can comprise the hole transport layer 122.
  • Hole transport layer 122 may overlie recombination layer 132 .
  • the first layer stack 112 can comprise the hole transport layer 122.
  • the hole transport layer 122 may overlie the first electrode 118 .
  • the second layer stack 114 can comprise the electron transport layer 136 and the perovskite layer 124. Electron transport layer 136 may overlie recombination layer 132 . Perovskite layer 124 may overlie electron transport layer 136 .
  • the first layer stack 112 can comprise the electron transport layer 136. Electron transport layer 136 may overlie first electrode 118 .
  • the second layer stack 114 can include the hole transport layer 122 and the perovskite layer 124.
  • Hole transport layer 122 may overlie recombination layer 132 .
  • Perovskite layer 124 may overlie hole transport layer 122 .
  • the first layer stack 112 can include the hole transport layer 122 and the perovskite layer 124.
  • the hole transport layer 122 may overlie the first electrode 118 .
  • Perovskite layer 124 may overlie hole transport layer 122 .
  • the second layer stack 114 can comprise the electron transport layer 136 and a further perovskite layer 166.
  • the Electron transport layer 136 may overlie recombination layer 132 .
  • the other perovskite layer 166 may overlie the electron transport layer 136 .
  • the first layer stack 112 can comprise the electron transport layer 136 and the perovskite layer 124. Electron transport layer 136 may overlie first electrode 118 . Perovskite layer 124 may overlie electron transport layer 136 .
  • the second layer stack 114 can include the hole transport layer 122 and the further perovskite layer 166.
  • Hole transport layer 122 may overlie recombination layer 132 .
  • the further perovskite layer 166 can lie on the hole transport layer 122 .
  • the first layer stack 112 can comprise the hole transport layer 122.
  • Hole transport layer 122 may overlie first electrode 118 .
  • Electron transport layer 136 may overlie recombination layer 132 .
  • Perovskite layer 124 may overlie electron transport layer 136 .
  • the further perovskite layer 166 can lie on the perovskite layer 124.
  • the perovskite layer 124 and the further perovskite layer 166 can be applied one after the other by sequential lamination.
  • the first layer stack 112 can comprise the electron transport layer 136. Electron transport layer 136 may overlie first electrode 118 .
  • the hole transport layer 122 may overlie the recombination layer 132 .
  • Perovskite layer 124 may overlie hole transport layer 122 .
  • the other perovskite layer 166 may overlie the perovskite layer 124 .

Landscapes

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Abstract

Es wird eine Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle (110) und ein Verfahren zu ihrer Herstellung vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Herstellen eines ersten Schichtstapels (112), wobei der erste Schichtstapel (112) mindestens ein Substrat (116), mindestens eine erste Elektrode (118) und mindestens eine erste Schicht (120) aufweist. b) Herstellen eines zweiten Schichtstapels (114), wobei der zweite Schichtstapel (114) mindestens eine Absorberschicht (130) und mindestens eine zweite Schicht (134) aufweist; wobei in Schritt a) eine Perowskitschicht (124) in den ersten Schichtstapel (112) eingebracht wird oder in Schritt b) die Perowskitschicht (124) in den zweiten Schichtstapel (114) eingebracht wird, wobei das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte aufweist: c) Aufbringen des ersten Schichtstapels (112) auf den zweiten Schichtstapel (114); d) Laminieren des ersten Schichtstapels (112) mit dem zweiten Schichtstapel (114), derart, dass sich mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer mechanischen, einer elektrischen Verbindung, zwischen dem ersten Schichtstapel (112) und dem zweiten Schichtstapel (114) ausbildet, wobei die Perowskit-Silizium-Mehrfachsolarzelle (110) gebildet wird; wobei die erste Schicht (120) und die zweite Schicht (134) jeweils ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: einer Lochtransportschicht (122), einer Elektronentransportschicht (136), einer Pufferschicht (137), einer Rekombinationsschicht (132), einer Elektrodenschicht, wobei die Perowskitschicht (124) entweder eine Laminat ausbildende Schicht des ersten Schichtstapels (112) oder des zweiten Schichtstapels (114) ausbildet.

Description

Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Die Erfindung ist insbesondere auf dem Gebiet der Opto elektronik angesiedelt. Auch andere Anwendungen sind jedoch grundsätzlich denkbar.
Stand der Technik
Elmfangreiche Forschungen im Bereich der Photovoltaik (PV) auf Basis von Perowskit- Halbleitern im letzten Jahrzehnt führten zu einer rasanten Entwicklung. Insbesondere wur den bereits Wirkungsgrade von mehr als 25% für Perowskit-Einfachsolarzellen realisiert. Hybride organisch-anorganische Metallhalogenid-Perowskit-Halbleiter ziehen aufgrund ih rer außergewöhnlichen optoelektronischen Eigenschaften, wie ihren hohen Absorptionsko effizienten, ihren hohen Ladungsträgermobilitäten und ihren niedrigen Rekombinationsra ten, weiterhin eine enorme Aufmerksamkeit auf sich.
Eine einstellbare Bandlücke dieser Perowskite durch Variation einer Zusammensetzung des Halogenid-Anions in einer Perowskit-Kri stall Struktur ermöglicht grundsätzlich eine starke Lichtabsorption in einem breiten Spektralbereich. Mit geringen Materialkosten und einer breiten Palette an möglichen Abscheidungstechniken qualifizieren sich Perowskite grund sätzlich als vielversprechende Kandidaten für eine nächste Generation von Mehrfachsolar zellen. In Mehrfachsolarzellen werden mehrere Absorber kombiniert, womit der Wirkungs grad grundsätzlich weit über dem Wirkungsgrad von Einfachsolarzellen liegt. Daher sind Perowskite vor allem für diese Mehrfachsolarzellen interessant, da durch eine Kombination von etablierten Photovoltaik-Technologien, wie wafer-basierten Silizium- oder Kupfer-In- dium-Gallium-Diselenid Solarzellen, der Wirkungsgrad gesteigert werden kann. Damit sind die perowskitbasierten Solarzellen derzeit eine vielversprechende Technologie für den zu künftigen Photovoltaik-Markt. Perowskit-Solarzellen zeigen somit grundsätzlich hohe Wirkungsgrade und sind grundsätz lich durch ihre guten optoelektronischen Eigenschaften ideal für Mehrfachsolarzellen geeig net.
Im Stand der Technik werden Einfachsolarzellen sowie Mehrfachsolarzellen auf Perowskit- Basis beschrieben.
US 10 229 791 B2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Perowskit-Solarzelle durch ein Nichtabscheidungsverfahren. Insbesondere umfasst das Verfahren ein Herstellen eines ersten Substrats durch ein Bilden einer Lochtransportschicht auf einer lichtabsorbie renden Schicht in einem halbgetrockneten Zustand und ein Druckbeaufschlagen und Trock nen eines zweiten Substrats mit einer dem ersten Substrat gegenüberliegenden Elektrode.
In der Veröffentlichung S.P. Dunfield et al., Curtailing perovskite processing limitations via lamination at the perovskite/perovskite interface, ACS Energy Lett. (2018), doi:10.1021/acsenergylett.8b00548, wird ein Verfahren beschrieben, bei welchem zwei transparente, leitfähige Oxid-/ Transportmaterial-/Perowskit-Halbstapel unabhängig vonei nander hergestellt werden und dann zusammen an der Perowskit / Perowskit-Grenzfläche laminiert werden.
WO 2017/200732 Al beschreibt eine Herstellung einer laminierten Struktur, indem ein ers tes Substrat mit einer Oxidschicht vom n-Typ auf einer ersten Oberfläche und ein zweites Substrat mit einer Oxidschicht vom p-Typ auf einer ersten Oberfläche bereitgestellt werden. Die erste Oberfläche des ersten Substrats, die erste Oberfläche des zweiten Substrats oder beide weisen eine flüssige Halogenidschicht auf. Das erste Substrat wird in Kontakt mit dem zweiten Substrat gedrückt, so dass die erste Oberfläche des ersten Substrats die erste Ober fläche des zweiten Substrats berührt. Die Halogenidschicht wird dann verfestigt, um die la minierte Struktur zu bilden.
WO 2019/173803 Al beschreibt ein Verfahren, welches ein Positionieren eines Stapels um fasst, der mindestens eine der folgenden Schichten zwischen einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche aufweist: eine erste Perowskitschicht und/oder eine zweite Perowskitschicht; und Behandeln des Stapels für einen Zeitraum durch ein Erhitzen des Sta pels und/oder durch Druckbeaufschlagung des Stapels, wobei eine Vorrichtung, die die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche aufweist, das Erwärmen und die Druckbeaufschlagen des Stapels bereitstellt. In der Veröffentlichung H. Kanda et al., Interface Optoelectronics Engineering for Mechan- ically Stacked Tandem Solar Cells Based on Perovskite and Silicon, ACS Appl. Mater. In terfaces. (2016), doi:10.1021/acsami.6b07781, wird eine Entwicklung von photonischen Bauelementen mit antireflektiven Eigenschaften und von elektronischen Bauelementen zur Extraktion des Lochs unter Verwendung von 2,5 nm einer dünnen Au-Schicht für zwei- und vierterminale Tandem-Solarzellen unter Verwendung von CtENIEPbE-Perowskit (obere Zelle) und p-Typ-Einkri stall- Silizium beschrieben.
Generell können einzelne Schichten von Solarzellen oder Perowskit-basierte Mehrfachso larzellen, wie beispielsweise von einer Perowskit-Silizium-Mehrfachsolarzelle, durch ver schiedene Prozesse hergestellt werden. Dazu zählen beispielsweise Vakuum-Beschichtungs verfahren, Flüssigphasenprozesse sowie eine Kombination aus beiden. Das Aufbringen der Perowskitschicht in einer Perowskit-Solarzelle sowie weiterer Schichten auf die Silizium- Solarzelle kann durch eine sequenzielle Abfolge der Schichten erreicht werden.
US2020/0212243 Al beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer monolithischen Tan dem-Solarzelle, bei der eine Perowskit-Solarzelle auf eine Silizium-Solarzelle laminiert und gebunden wird. Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein erster mikroporöser Präkur- sor-Dünnfilm durch ein Sputterverfahren auf einem Substrat mit einer ungleichmäßig struk turierten Textur gebildet, und dann wird ein Halogenid-Dünnfilm auf dem ersten mikropo rösen Präkursor-Dünnfilm gebildet, um eine Perowskit-Absorptionsschicht zu bilden, wobei eine Lichtreflektion verringert werden kann und wobei ein Lichtweg erhöht werden kann. Dementsprechend kann eine Lichtabsorptionsrate erhöht werden.
Durch eine Laminierung der Perowskitschicht der Perowskit-Solarzelle auf die Silizium- Solarzelle entfällt grundsätzlich eine Limitierung, die durch eine komplette sequenzielle Herstellung gegeben ist. Das Aufbringen von Schichten mittels eines Laminierungsprozes- ses ist grundsätzlich bereits bekannt für Verkapselungs-, Kontakt- und Ladungsträgertrans portschichten.
In Bezug auf die Laminierung von Perowskit-Solarzellen oder des Perowskit- Absorbers gibt es grundsätzlich mehrere Patente und Veröffentlichungen. Die Patente und Veröffentlichun gen behandeln grundsätzlich das Laminieren von einer Perowskitschicht auf eine andere Schicht für Perowskit-Solarzellen und das Laminieren von Perowskitschichten mit flüssigen Perowskit- oder Ladungstransportschichten. EP 3 244 455 Al beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, die einen an organischen/organischen Hybrid-Perowskit-Verbindungsfilm umfasst. Das Verfahren um fasst die folgenden Schritte: a) Laminieren einer ersten Struktur und einer zweiten Struktur, um einen Kontakt zwischen der ersten Oberflächenschicht und der zweiten Oberflächen schicht zu ermöglichen, wobei die erste Struktur eine erste Oberflächenschicht umfasst, die mindestens eines der Materialien i) bis v) aufweist, wobei die zweite Struktur eine zweite Oberflächenschicht umfasst, die unabhängig von der ersten Oberflächenschicht mindestens eines der Materialien i) bis v) aufweist; und b) Anwenden von Wärme und physikalischer Kraft auf das Laminat, wobei die erste Struktur und die zweite Struktur laminiert werden: i) eine anorganische/organische Hybridperowskitverbindung, ii) ein organisches Halogenid, iii) ein Metallhalogenid, iv) ein anorganischer/organi scher Hybrid-Perowskit-Verbindungs- vorläufer und v) ein Metallhalogenid- Vorläufer.
Weiterhin behandeln die Patente und Veröffentlichungen grundsätzlich eine Verknüpfung von einer Perowskitschicht auf eine andere Schicht für Per owskit- Solarzellen mit Hilfe eines transparenten leitfähigen Klebstoffs.
In der Veröffentlichung C.O. Ramirez Quiroz et al., Interface Molecular Engineering for Laminated Monolithic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells with 80.4% Fill Factor, Adv. Funct. Mater. (2019), doi: 10.1002/adfm.201901476, wird eine Mehrzweckverbindungs schicht auf Basis von Poly (3,4-ethylendioxythiophen) dotiert mit Poly (styrolsulfonat) (PE- DOT:PSS) und d-Sorbit für monolithische Perowskit/Silizium-Tandem-Solarzellen be schrieben.
In der Veröffentlichung I.Y. Choi et al., Two-terminal mechanical perovskite/silicon tandem solar cells with transparent conductive adhesives, Nano Energy. (2019), doi:10.1016/j.na- noen.2019.104044, wird eine neuartige mechanische Tandem-Solarzelle aus Perowskit und Silizium mit zwei Anschlüssen, beschrieben, welche durch ein Kleben einer Siliziumzelle verkehrt herum auf eine Perowskitzelle unter Verwendung eines transparenten leitfähigen Klebstoffs (TCA) hergestellt wird.
US 2016/0111223 Al beschreibt eine optoelektronische Vorrichtung. Die Vorrichtung um fasst: (a) eine obere Vorrichtungskomponente, umfassend: eine Gegenelektrode aus einem Metall, einem leitfähigen Oxid oder einer leitenden organischen Verbindung; (b) eine untere Vorrichtungskomponente, umfassend: ein Glas- oder polymeres Trägersubstrat, eine Arbeit selektrode, umfassend eine transparente leitende Beschichtung neben dem Glas- oder Poly mersubstrat, eine Blockierungsschicht, eine aktive Schicht, eine lochleitende Schicht, (c) einen leitenden Klebstoff, der zwischen der oberen Vorrichtungskomponente und der unte ren oberen Vorrichtungskomponente angeordnet ist, und (d) eine Kontaktschicht zur Er leichterung der Injektion von Elektronen in die aktive Schicht zwischen und in Kontakt mit dem leitenden Klebstoff und der lochleitenden Schicht.
Weiterhin wird eine Laminierung von zwei unabhängig voneinander hergestellten Halbsta peln einer Perowskit-Solarzelle in der Veröffentlichung R. Schmager et al., Laminated Pero- vskite Photovoltaics: Enabling Novel Layer Combinations and Device Architectures, Adv. Funct. Mater. (2020), doi:10.1002/adfm.201907481, beschrieben.
Die relativ neue Technologie der Perowskit-basierten Solarzellen hat grundsätzlich noch ei nige Herausforderungen zu meistern, wie beispielsweise eine Gewährleistung einer verbes serten Langzeitstabilität sowie einer Stabilität bei hohen Temperaturen. Weiterhin ist eine Materialauswahl bei der sequenziellen Schichtabscheidung grundsätzlich limitiert durch Prozess- oder Materialinkompatibilitäten. Dies liegt grundsätzlich daran, dass sichergestellt werden muss, dass jede weitere Schicht, die aufgebracht wird, die vorherige nicht zerstört. Die Zerstörung kann grundsätzlich durch inkompatible Lösemittel, zu hohe Prozesstempe raturen oder mechanische Zerstörung durch Teilchen hoher Energie, wie beispielsweise bei der physikalischen Gasphasenabscheidung, herrühren.
Eine Laminierung mit einem leitfähigen transparenten Kleber bedarf grundsätzlich einer weiteren Schicht, die zusätzliche und/oder ungewollte optische und/oder elektrische Ver luste erzeugen kann. Eine Laminierung über eine “semi-“ getrocknete Lochtransportschicht schränkt den Prozess grundsätzlich durch die Auswahl an möglichen Lochtransportmateria lien ein. Da eine trockene und semi-getrocknete Schicht auf jeweils einer der Schichtstapel benötigt wird, kann grundsätzlich nur ein lösungsmittelbasierter Ansatz verwendet werden, welcher grundsätzlich Lösemittelinkompatibilitäten mit sich bringt. Die Laminierung einer nassen Perowskitschicht ist grundsätzlich schwer aufskalierbar. Die Laminierung von zwei Perowskitschichten benötigt grundsätzlich das Aufbringen des Perowskits auf beide Schicht stapel. Dies ist zum einen grundsätzlich aufwendiger/komplexer, und zum anderen schränkt es grundsätzlich wieder die Materialauswahl unter der Perowskit-Schicht ein.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Perowskit- basierte Mehrfachsolarzelle sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung bereitzustellen, welche die aufgeführten Nachteile und Einschränkungen des Standes der Technik zumindest teil weise überwinden. Insbesondere soll die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle und das Verfahren zu ihrer Herstellung eine Langzeitstabilität von Perowskit-basierten Mehrfachsolarzellen erhöhen sowie neue Material- und Schichtkombinationen ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle und ein Verfahren zu ihrer Herstellung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Für weitere Einzelheiten wird auf die Merkmale der abhängigen Ansprüche, die übrige Beschrei bung und auf die Figuren verwiesen.
Im Folgenden werden die Begriffe "haben", "aufweisen", "umfassen" oder "einschließen" oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise ver wendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vor handen sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck "A hat B", "A weist B auf, "A umfasst B" oder "A schließt B ein" sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließ lich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.
Weiterhin wird daraufhingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder meh rere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammen hang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrü- cken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Ein führung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.
Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispiels weise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, wel che durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsich tigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unab hängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merk male verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden sollen. Weiterhin sollen durch diese ein leitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit an deren Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unan getastet bleiben.
Die Bezeichnungen "erste/r" und "zweite/r" sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Elementen beziehungsweise zweiten Elementen oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Elemente, beispielsweise ein oder mehrere dritte Elemente vorhanden sein.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle beschrieben.
Das Verfahren kann die Verfahrensschritte, welche im Folgenden beschrieben werden, um fassen. Die Verfahrensschritte können insbesondere in der vorgegebenen Reihenfolge durch geführt werden. Eine andere Reihenfolge ist jedoch ebenfalls denkbar. Weiterhin können ein oder mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig oder zeitlich überlappend durchgeführt wer den. Weiterhin können einer, mehrere oder alle der Verfahrensschritte einfach oder auch wiederholt durchgeführt werden. Das Verfahren kann darüber hinaus noch weitere Verfah rensschritte umfassen.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Herstellen eines ersten Schichtstapels, wobei der erste Schichtstapel mindestens ein Substrat, mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine erste Schicht aufweist; b) Herstellen eines zweiten Schichtstapels, wobei der zweite Schichtstapel mindestens eine Absorberschicht und mindestens eine zweite Schicht aufweist.
Es wird in Schritt a) eine Perowskitschicht in den ersten Schichtstapel eingebracht oder es wird in Schritt b) die Perowskitschicht in den zweiten Schichtstapel eingebracht. Optional kann in Schritt a) eine Perowskitschicht in den ersten Schichtstapel eingebracht werden und in Schritt b) kann eine Perowskitschicht in den zweiten Schichtstapel eingebracht werden. Das Verfahren weist weiterhin die folgenden Schritte auf: c) Aufbringen des ersten Schichtstapels auf den zweiten Schichtstapel; d) Laminieren des ersten Schichtstapels mit dem zweiten Schichtstapel, derart, dass sich mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer me chanischen, einer elektrischen Verbindung, zwischen dem ersten Schichtstapel und dem zweiten Schichtstapel ausbildet, wobei die Perowskit-basierte Mehrfachsolar zelle gebildet wird.
Die erste Schicht und die zweite Schicht sind jeweils ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Lochtransportschicht, einer Elektronentransportschicht, einer Pufferschicht, einer Rekombinationsschicht, einer Elektrodenschicht. Die Perowskitschicht bildet entweder eine Laminat ausbildende Schicht des ersten Schichtstapels oder des zweiten Schichtstapels aus.
Der zweite Schichtstapel kann weiterhin mindestens eine zweite Elektrode aufweisen.
Der erste oder zweite Schichtstapel kann eine Rekombinationsschicht aufweisen.
Der Begriff „Mehrfachsolarzelle“ bezeichnet eine Solarzelle, welche zwei oder mehr Absor berschichten, welche einfallendes Licht in elektrischen Strom umwandeln, aufweist. Die Ab sorberschichten können insbesondere übereinandergeschichtet sein. Die dem Licht zuge wandte oberste Absorberschicht absorbiert Licht mit einer kurzen Wellenlänge und lässt langwelligeres Licht hindurch. Die zweite darunter angeordnete Absorberschicht absorbiert wiederum einen Teil des Spektrums bis zu einer Grenzwellenlänge, welche bei Halbleitern durch eine sogenannte Bandlückenenergie bestimmt wird. Die Mehrfachsolarzelle kann da her auch als „Stapel-Solarzelle“ beschrieben werden. Insbesondere kann es sich um eine Mehrfachsolarzelle mit genau zwei Absorberschichten handeln. Die Mehrfachsolarzelle mit genau zwei Absorberschichten kann auch als Tandem-Solarzelle bezeichnet werden. Der Begriff „Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle“ bezeichnet daher grundsätzlich eine Mehr fachsolarzelle, wobei mindestens eine der Absorber schichten Perowskit aufweist. Die wei tere Absorberschicht kann insbesondere Silizium aufweisen. Darüber hinaus kann die wei tere Absorber Schicht eine Solarzelle, insbesondere eine Silizium-Solarzelle, sein oder um fassen. Weiterhin kann die weitere Absorberschicht Perowskit aufweisen. Weiterhin kann die weitere Absorberschicht eine organische oder anorganische Absorber- Schicht sein, wel che beispielsweise Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) umfasst. Auch andere Ausge staltungen sind grundsätzlich möglich. Weitere mögliche Materialien der weiteren Absor berschicht werden nachfolgend beschrieben.
Der Begriff „Schicht“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges Element mit einer quaderför migen Form, dessen Ausdehnung in einer Dimension als Dicke bezeichnet wird. Die Schicht kann insbesondere eine Dicke im Nanometer-Bereich bis Mikrometer-Bereich aufweisen. Insbesondere kann die Schicht eine Dicke bis 5 mih aufweisen. Die Schicht kann eine durch gängige Schicht sein. Alternativ kann die Schicht jedoch an ein oder mehreren Stellen un terbrochen sein, beispielsweise durch Vertiefungen oder Unterbrechungen. Die Schicht kann auf ein Substrat oder auf eine weitere Schicht abgeschieden oder aufgebracht werden. Bei spielhafte Herstellungsverfahren sind nachfolgend näher beschrieben.
Unter einem "Schichtstapel" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Abfolge von mindestens zwei Schichten, welche direkt oder unter Zwischenschaltung einer oder mehrerer Zwischenschichten aufeinander aufgebracht sind, zu verstehen. Der Schicht stapel kann mehrere Schichten desselben Materials aufweisen. Weiterhin kann der Schicht stapel Schichten verschiedener Materialien aufweisen. Auch andere Ausführungsformen sind grundsätzlich denkbar. Der Schichtstapel kann insbesondere mindestens drei Schichten aufweisen. Auch eine andere Anzahl von Schichten ist grundsätzlich denkbar. Die Schichten können durch Grenzflächen voneinander abgegrenzt sein. Die Grenzflächen können planar oder texturiert sein. Der „Schichtstapel“ kann daher auch als „Schichtaufbau“ bezeichnet werden. Der Schichtstapel kann darüber hinaus auch andere Elemente als Schichten umfas sen. Insbesondere können, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, erste Elektrode und/o der die zweite Elektrode optional als Fingerelektrode, Gitter oder gitterartige Elektrode aus gebildet sein. Die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode können insbesondere zwi schen Schichten des ersten Schichtstapels oder des zweiten Schichtstapels angeordnet sein.
Die Schichten des ersten Schichtstapels können übereinanderliegend angeordnet sein. Wei terhin können die Schichten des zweiten Schichtstapels übereinanderliegend angeordnet sein. Der Begriff „übereinanderliegend“ bezeichnet grundsätzlich eine Lage einer Oberflä che zu einer anderen Oberfläche, wobei die beiden Oberflächen gegenüberliegend angeord net sind. Insbesondere können die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche in einem di rekten Kontakt zueinanderstehen. Insbesondere kann die zweite Schicht auf der ersten Schicht aufliegen, wobei sich die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche zumindest teil weise berühren. In einer derartigen Anordnung kann die zweite Schicht beispielsweise klei nere Dimensionen, insbesondere eine kleinere Länge und/oder Breite, aufweisen als die erste Schicht oder umgekehrt. Dabei können Teile der zweiten Oberfläche von der ersten Schicht unbedeckt sein oder umgekehrt. Weiterhin können die erste Schicht und die zweite Schicht zueinander versetzt angeordnet sein, d.h. ein Teil der zweiten Schicht kann über einen Rand der ersten Schicht herausragen oder umgekehrt.
Das „Herstellen eines Schichtstapels“ bezeichnet grundsätzlich einen beliebigen Vorgang, welcher ein Abscheiden oder ein Aufbringen von ein oder mehreren Schichten des Schichtstapels auf ein Substrat oder auf eine andere Schicht umfassen kann. Insbesondere kann mindestens ein Abscheidungsverfahren eingesetzt werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Sputtern, Elektronenstrahlverdampfen, thermische Verdampfung, Rotations beschichtung, Rakelbeschichtung, Tintenstrahldruck, Sprühbeschichtung, Schlitzdüsenbe schichtung, Walzenbeschichtung, Tiefdruckverfahren, Atomlagenab Scheidung. Auch an dere Verfahren sind jedoch grundsätzlich denkbar. Insbesondere kann eine Schicht aus SnOx mittels Atomlagenabscheidung aufgebracht werden.
Der Begriff „Absorberschicht“ bezeichnet grundsätzlich eine beliebige Schicht, welche min destens eine Ladungsträger-erzeugenden Schicht aufweist.
Die Perowskitschicht kann als eine Absorberschicht eingerichtet sein. Der Begriff „Perowskitschichf ‘ bezeichnet grundsätzlich eine beliebige Schicht, welche Perowskit auf weist oder umfasst. Der Begriff „Perowskit“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges Mate rial. Ein Beispiel sind 3D-Perowskite mit einer chemischen ABX3- Struktur, wobei X Iod, Brom oder Chlor (oder einer beliebigen Mischung dieser) entsprechen kann, wobei B Blei oder Zinn (oder einer beliebigen Mischung dieser) entsprechen kann, wobei A Methylam monium, Formamidinium, Caesium, Kalium oder Rubidium (oder einer beliebigen Mi schung dieser) entsprechen kann. Auch beliebige Abweichungen und Verunreinigungen von der genannten chemischen Struktur der 3D-Perowskite sind grundsätzlich beinhaltet. Ein weiteres Beispiel sind niederdimensionale Perowskite, deren chemische Struktur von der ABX3-Struktur abweicht und 2D-Materialien ausbilden. Die Perowskitschicht ist insbeson dere mittels mindestens eines Ab Scheidungsverfahrens herstellbar ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: thermische Verdampfung, Rotationsbeschichtung, Rakelbeschich tung, Tintenstrahldruck, Sprühbeschichtung, Schlitzdüsenbeschichtung, Walzenbeschich tung, Tiefdruckverfahren. Auch andere Verfahren sind jedoch grundsätzlich denkbar. Insbe sondere kann die Perowskitschicht mittels mindestens eines Verfahrens auf den ersten Schichtstapel oder auf den zweiten Schichtstapel aufgebracht werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: thermische Verdampfung, Rotationsbeschichtung, Rakelbeschich tung, Tintenstrahldruck, Sprühbeschichtung, Schlitzdüsenbeschichtung, Walzenbeschich tung, Tiefdruckverfahren.
Wie oben ausgeführt, wird in Schritt a) die Perowskitschicht in den ersten Schichtstapel ein gebracht oder es wird in Schritt b) die Perowskitschicht in den zweiten Schichtstapel einge bracht. Der erste Schichtstapel oder der zweite Schichtstapel kann die Perowskitschicht auf- weisen. Der erste Schichtstapel kann mehrere Schichten aufweisen und eine der Schichten kann die Perowskitschicht sein. Der zweite Schichtstapel kann mehrere Schichten aufweisen und eine der Schichten kann die Perowskitschicht sein. Optional können der erste Schicht stapel und/oder der zweite Schichtstapel jeweils mindestens eine weitere Perowskitschicht aufweisen.
Die Absorberschicht des zweiten Schichtstapels kann insbesondere Silizium aufweisen oder umfassen. Die Absorber Schicht des zweiten Schichtstapels kann daher auch als „Silizium- Schicht“ bezeichnet werden. Das Silizium kann insbesondere als monokristallines, polykri stallines oder amorphes Silizium mit einem p-n Übergang oder einem p-i-n Übergang vorliegen. Das Silizium kann entweder planar oder texturiert sein, wie nachfolgend noch näher ausgeführt wird. Darüber hinaus kann die Absorber Schicht des zweiten Schichtstapels eine Solarzelle, insbesondere eine Silizium-Solarzelle, sein oder umfassen. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich denkbar.
Der Begriff „Substrat“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges Element, mit der Eigenschaft, ein oder mehrere weitere Elemente zu tragen und welches dementsprechend eine mechani sche Stabilität aufweist. Das Substrat des ersten Schichtstapels kann insbesondere transpa rent ausgestaltet sein. Das Substrat des ersten Schichtstapels kann weiterhin als flexibles Substrat ausgebildet sein. Das Substrat des ersten Schichtstapels kann aus einem Polymer, insbesondere aus Polyethylenterephthalat (PET) und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) und/oder Ethylen- Vinylacetat (EVA), hergestellt sein. Das Substrat des ersten Schichtstapels kann weiterhin aus einem Glas hergestellt sein. Das Glas kann eine Dicke von 5 pm bis 5 mm, insbesondere von 25 pm, aufweisen. Weiterhin kann das Substrat des ersten Schichtsta pels als starres Substrat ausgebildet sein, insbesondere als starres Substrat aus Glas.
Das Substrat kann eingerichtet sein für eine Verkapselung der Perowskit-basierten Mehr fachsolarzelle, insbesondere nach Durchführung des Schritts d). Durch eine sequentielle Herstellung kann nach Aufbringen aller optisch und elektrisch fünktionalen Schichten die Verkapselung eingerichtet sein, um die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle vor äußeren Einflüssen, wie Wasser, Sauerstoff und/oder reaktiven Stoffen, zu schützen. Durch die La- minierung kann das Substrat, insbesondere Glas oder eine Folie, bereits direkt nach dem Laminieren eine begrenzende Schicht bilden. Hierdurch ist grundsätzlich eine stark verein fachte Prozessschrittfolge möglich. Darüber hinaus kann grundsätzlich eine Stabilität der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle erhöht werden.
Das Substrat kann insbesondere ein farbiges Substrat sein. Das farbige Substrat kann insbe sondere eine Folie und/oder Glas aufweisen oder umfassen. Es kann somit eine Farbe oder eine visuelle Wahrnehmung der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle angepasst werden. Perowskit-basierte Mehrfachsolarzellen mit farbigen Substraten können insbesondere in der gebäudeintegrierten Photovoltaik zum Einsatz kommen.
Das Substrat kann nach Durchführung des Schritts d) optional von der Perowskit-Silizium- Mehrfachsolarzelle entfernt werden. Beispielsweise kann auf dem Substrat eine Antiadhe- sivschicht aufgebracht sein, welche insbesondere für eine Entfernung des Substrats von der Perowskit-Silizium-Mehrfachsolarzelle eingerichtet sein kann.
Das Substrat und/oder mindestens eine Schicht des ersten Schichtstapels und/oder des zwei ten Schichtstapels kann mindestens eine raue Oberfläche aufweisen. Die raue Oberfläche kann durch den Herstellprozess entstehen. Die raue Oberfläche kann insbesondere eine quadratische Rauheit (englisch: root-mean-squared roughness ) von 1 nm bis 2 pm, insbe sondere von 50 nm bis 300 nm, aufweisen. Die raue Oberfläche kann weiterhin einen Ab stand zwischen einem höchsten und einem niedrigsten Punkt (englisch: Peak to Valley) von 1 nm bis 10 pm, insbesondere von 10 nm bis 1 pm, aufweisen. Das erfindungsgemäße Ver fahren kann diese Rauheit, die für bestimmte Herstellungsverfahren immanent sein kann, umgehen und kann daher einen Vorteil für industrielle Anwendungen darstellen. Besonders relevant kann dies beispielweise für CIGS-Bottom- Solarzellen, sein, welche durch das Her stellungsverfahren grundsätzlich eine raue Oberfläche aufweisen.
Weiterhin können das Substrat und/oder mindestens eine Schicht des ersten Schichtstapels und/oder des zweiten Schichtstapels mindestens eine texturierte Oberfläche mit mindestens einer Textur aufweisen. Die Textur kann durch einen Herstellungsprozess gezielt erzeugt werden. Die texturierte Oberfläche kann eine quadratische Rauheit (englisch: root-mean- squared roughness) von größer als 2 nm, insbesondere von größer als 250 nm aufweisen. Weiterhin kann die texturierte Oberfläche einen Abstand zwischen einem höchsten und ei nem niedrigsten Punkt (englisch: Peak to Valley) von 20 nm bis 100 pm, insbesondere von 500 nm bis 10 pm, aufweisen. Insbesondere kann eine dem Sonnenlicht ausgesetzte Außen seite der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle und/oder eine Rückseite der Perowskit-ba- sierten Mehrfachsolarzelle und/oder eine Oberfläche einer Schicht in einem Inneren der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle, insbesondere an einer Grenzfläche der Laminie- rung in der Perowskit-basierten Mehrfach-Solarzelle, die texturierte Oberfläche aufweisen. Insbesondere kann eine Oberfläche der Laminat ausbildenden Schicht des ersten Schichtsta pels und/oder eine Oberfläche der Laminat ausbildenden Schicht des zweiten Schichtstapels die texturierte Oberfläche sein. Von besonderem Interesse sind insbesondere ein- oder beid seitige texturierte Silizium-Solarzellen, deren Textur eine bessere Lichtkopplung, die die Absorption verbessern kann, ermöglicht. Somit können höhere Wirkungsgrade erzielt wer den. Die Textur kann sowohl periodisch als auch zufällig erzeugt sein. Die Textur kann insbe sondere eine Vielzahl an Elementen aufweisen. Beispielsweise kann die Textur eine Nano- texturierung oder eine Mikrotexturierung sein. Unter dem Begriff „Nanotexturierung“ ist grundsätzlich eine beliebige Textur zu verstehen, bei welcher die Erhebungen und/oder Ver tiefungen der Oberfläche Abmessungen aufweisen, welche im Bereich von 1 oder mehreren Nanometern, insbesondere im Bereich von 10 nm bis 1000 nm, vorzugsweise im Bereich von 50 nm bis 800 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 500 nm, liegen. Unter dem Begriff „Mikrotexturierung“ ist grundsätzlich eine beliebige Textur zu verstehen, bei welcher die Erhebungen und/oder Vertiefungen der Oberfläche Abmessungen aufwei sen, welche im Bereich von 1 oder mehreren Mikrometern, insbesondere im Bereich von 2 pm bis 500 pm, vorzugsweise im Bereich von 5 pm bis 100 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 10 pm bis 50 pm, liegen. Bei den Abmessungen kann es sich insbesondere um eine Höhe, eine Breite und/oder eine Tiefe der Erhebungen bzw. der Vertiefungen handeln. Die Elemente können als Erhebung auf einer Oberfläche einer Schicht des ersten Schichtsta pels und/oder des zweiten Schichtstapels ausgestaltet sein. Insbesondere kann es sich bei den Elementen um isolierte Elemente handeln, welche zu benachbarten Elementen einen Ab stand aufweisen. Die Elemente können zueinander berührungsfrei ausgestaltet sein. Alter nativ können sich die Elemente zumindest teilweise berühren. Die Elemente können insbe sondere mindestens eine Form aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Kegelform, insbesondere einer Kegelstumpfform; einer Tetraederform, insbesondere einer Pyramidenform; einer Zylinderform, insbesondere einer Kreiszylinderform oder elliptischen Zylinderform; einer Kugelform. Folglich kann die Textur mindestens eine Struktur aufwei sen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Kegelform, insbesondere einer Kegel- stumpfform; einer Tetraederform, insbesondere einer Pyramidenform; einer Zylinderform, insbesondere einer Kreiszylinderform oder elliptischen Zylinderform; einer Kugelform. Auch andere Ausführungsformen sind grundsätzlich denkbar. Die texturierte Oberfläche kann eine selbstreinigende Wirkung haben. Weiterhin kann die texturierte Oberfläche opti sche Eigenschaften der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle verbessern, insbesondere damit Licht effektiv absorbiert werden kann und hohe Wirkungsgrade der Perowskit-basier ten Mehrfachsolarzelle erreicht werden können.
Beispielsweise kann während des Schritts d) die mindestens eine Textur auf dem Substrat ausgebildet werden. Das Substrat kann eine Folie sein oder umfassen und mindestens eine Oberfläche der Folie kann während des Laminierens durch Heißprägen eine Textur erhalten. Es kann somit eine zusätzliche Funktionalität der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle ohne eine Durchführung eines zusätzlichen Prozessschritts erzielt werden. Die texturierte Oberfläche kann jedoch auch vor Durchführung des Schritts d) auf dem Substrat ausgebildet werden. Es kann insbesondere eine texturierte Folie und/oder ein texturiertes Glas bereitge stellt werden.
Weiterhin können das Substrat und/oder mindestens eine Schicht des ersten Schichtstapels und/oder des zweiten Schichtstapels mindestens eine Oberfläche mit Defekten aufweisen. Die Defekte können insbesondere durch Imperfektionen der Herstellungsprozesse, der Be handlungsschritte oder durch Degradation entstehen. Die Defekte umfassen insbesondere Verunreinigungen, residuale Prozessmaterialien, Kratzer und/oder Fremdkörper, insbeson dere Staub und/oder Partikel. Das erfindungsgemäße Verfahren ist, insbesondere im Gegen satz zu konventionellen Herstellungsverfahren, grundsätzlich tolerant gegenüber Defekten und stellt daher einen Vorteil für eine industrielle Herstellung dar. Insbesondere kann eine Produktionsfehlerquote reduziert werden.
Insbesondere können ein oder mehrere weitere Schichten des ersten Schichtstapels und/oder des zweiten Schichtstapels die texturierte Oberfläche und/oder die raue Oberfläche aufwei sen. Bei den weiteren Schichten kann es sich insbesondere um Schichten handeln, welche eine Schichtdicke von größer als 5 pm, insbesondere von größer als 10 pm, aufweisen. Ins besondere kann es sich bei der weiteren Schicht um die Absorberschicht, insbesondere um die Solarzelle, handeln. Die Solarzelle kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer Silizium-Solarzelle, einer Perowskit-Solarzelle. Auch andere Solarzellen sind denkbar. Weiterhin kann es sich bei der weiteren Schicht um die Perowskitschicht handeln.
Die texturierte Oberfläche einer Schicht bzw. des Substrats kann sich grundsätzlich durch ein Aufbringen von zusätzlichen Schichten, insbesondere von zusätzlichen Schichten mit einer Schichtdicke von kleiner als 5 pm, innerhalb des ersten Schichtstapels bzw. innerhalb des zweiten Schichtstapels fortsetzen.
Der Begriff „Elektrode“ bezeichnet grundsätzlich einen beliebigen Elektronen- und/oder Lochleiter, welcher in einem Zusammenspiel mit mindestens einer weiteren Elektrode steht, wobei sich zwischen je zwei dieser Elektroden ein Medium befindet, mit denen diese Elekt roden in Wechselwirkung stehen. Die Elektrode kann insbesondere mindestens ein elektrisch leitendes Material umfassen.
Die erste Elektrode des ersten Schichtstapels kann insbesondere transparent ausgebildet sein. Die erste Elektrode kann insbesondere mindestens ein transparentes leitfähiges Oxid auf- weisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Indium Zinnoxid (ITO), Indium Zinkoxid (IZO), Fluor dotiertes Zinnoxid (FTO), Wasserstoff dotiertes Indiumoxid (IO:H), alumini- umdotiertes Zinkoxid (AZO). Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar. Weiter hin kann die erste Elektrode mindestens ein Metall aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Gold, Silber, Aluminium, Kupfer, Molybdän (Mo). Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar. Die erste Elektrode kann insbesondere als Schicht ausgebildet sein. Die erste Elektrode kann insbesondere mittels mindestens eines Abscheidungsverfah rens hergestellt werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Sputtern, Elektronen strahlverdampfen, thermisches Verdampfen. Auch andere Verfahren sind jedoch grundsätz lich denkbar.
Die zweite Elektrode des zweiten Schichtstapels kann insbesondere mindestens ein transpa rentes leitfähiges Oxid aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Indium Zinnoxid (ITO), Indium Zinkoxid (IZO), Fluor dotiertes Zinnoxid (FTO), Wasserstoff dotiertes Indiumoxid (IO:H), aluminiumdotiertes Zinkoxid (AZO). Weiterhin kann die zweite Elektrode mindestens ein Metall aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Gold, Silber, Aluminium, Kupfer. Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar. Die zweite Elektrode kann insbesondere eine Kombination von zwei oder mehreren Materi alien aufweisen. Die Kombination kann zwei oder mehrere Materialien aufeinander und/o- der zwei oder mehrere Materialien nebeneinander umfassen. Insbesondere kann die Kombi nation schmale Goldlinien auf einer durchgehenden ITO-Schicht umfassen. Die zweite Elektrode kann insbesondere als Schicht ausgebildet sein. Die zweite Elektrode kann insbe sondere mittels mindestens eines Abscheidungsverfahrens hergestellt werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Sputtern, Elektronenstrahlverdampfen, thermisches Ver dampfen. Auch andere Verfahren sind jedoch grundsätzlich denkbar.
Die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode können mindestens ein leitfähiges Oxid aufweisen und können eine Schichtdicke von 15 nm bis 300 nm, vorzugsweise von 50 nm bis 200 nm, besonders bevorzugt von 100 nm bis 150 nm, aufweisen. Die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode können weiterhin mindestens ein Metall aufweisen und kön nen eine Schichtdicke von 10 nm bis 200 nm, vorzugsweise von 50 nm bis 100 nm aufwei sen.
Die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode können jeweils als Schicht, insbesondere als Schicht des ersten Schichtstapels bzw. des zweiten Schichtstapels, ausgebildet sein. Die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode können daher als Schichtelektrode ausgebildet sein. Die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode müssen jedoch nicht zwingend als Schicht ausgebildet sein. Alternativ können die erste Elektrode und/oder die zweite Elekt rode als Fingerelektrode, vorzugsweise als Fingerelektrode aus Silber (Ag), als Gitter oder als gitterartige Elektrode ausgebildet sein. Auch andere Ausführungsformen sind grundsätz lich denkbar.
Der Begriff „Rekombinationsschicht“ bezeichnet grundsätzlich eine beliebige Schicht einer Solarzelle, in welcher eine Rekombination stattfindet, d.h. eine spontane Wiedervereinigung von Elektronen mit Loch. Die Rekombinationsschicht kann insbesondere mindestens ein transparentes leitfähiges Oxid aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Indium Zinnoxid (ITO), Indium Zinkoxid (IZO), Fluor dotiertes Zinnoxid (FTO), Wasserstoff dotiertes Indiumoxid (IO:H), aluminiumdotiertes Zinkoxid (AZO). Weiterhin kann die Re kombinationsschicht mindestens ein Metall aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Gold, Silber, Aluminium, Kupfer. Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar. Die Rekombinationsschicht kann insbesondere eine Kombination von zwei oder mehreren Materialien aufweisen. Die Kombination kann zwei oder mehrere Materialien aufeinander und/oder zwei oder mehrere Materialien nebeneinander umfassen. Die Rekombinations schicht kann insbesondere mittels mindestens eines Ab Scheidungsverfahrens hergestellt werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Sputtern, Elektronenstrahlverdampfen, thermisches Verdampfen. Auch andere Verfahren sind jedoch grundsätzlich denkbar. Die Rekombinationsschicht kann mindestens ein leitfähiges Oxid aufweisen und kann eine Schichtdicke von 1 nm bis 100 nm, vorzugsweise von 5 nm bis 50 nm, besonders bevorzugt von 10 nm bis 20 nm, aufweisen. Die Rekombinationsschicht kann weiterhin mindestens ein Metall aufweisen und kann eine Schichtdicke von 1 nm bis 10 nm, vorzugsweise von 2 nm bis 5 nm aufweisen.
Die Begriffe „Lochtransportschicht“ und „Elektronentransportschicht“ bezeichnen grund sätzlich beliebige Ladungstransportschichten, welche eine Bewegung der entsprechenden Ladungsträger ermöglichen. Die Lochtransportschicht kann mindestens ein organisches Ma terial aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Polymer, PTAA (poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), PEDOT :PSS (poly(ethylenedioxythio- phene):poly(styrene sulfonate)), Poly-TPD (poly[ N , N ’-bis(4-butylphenyl)- N , N ’- bis(phenyl)benzidine]), P3HT (poly(3-hexylthiophene)). Weiterhin kann die Lochtransport schicht mindestens ein Material basierend auf kleinen Molekülen, insbesondere Spiro-OMe- TAD (2,2',7,7'-tetraakis-(N,N-di-4-methoxyphenylamino)- 9,9'-spirobifluorene), aufwei sen. Weiterhin kann die Lochtransportschicht mindestens eine selbstorganisierende Mono schicht aufweisen ausgewählt aus der Gruppe: 2PACz ([2-(9H-carbazol-9-yl)ethyl] Phos- phonsäure), (7)MeO-2PACz ([2-(3,6-dimethoxy-9H- carbazol-9-yl)ethyl] Phosphonsäure. Weiterhin kann die Lochtransportschicht mindestens ein anorganisches Material aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Metalloxid, insbesondere Kupferoxid (CuO), insbesondere Nickeloxid (NiO), Kuperiodid (Cul), Kupfer-thiocyanate (CuSCN), wobei das anorganische Material kristallin ausgebildet sein oder Nanopartikel aufweisen kann. Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar. Die Lochtransportschicht kann weiterhin dotiert sein mit einem der Materialien aus der Gruppe bestehend aus: Li-TFSI (Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide), TBP (4-tert-butylpyridine), FK209 (tris[2- ( 1 H-pyrazol- 1 -yl)-4-tert-butylpyridine] - cobalt(III), tri s [bi s(trifluoromethyl sul- fonyl)imide]), F4-TCNQ (2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquino-dimethane). Die Lochtransportschicht kann insbesondere eine Kombination von zwei oder mehreren Materi alien aufweisen. Die Kombination kann zwei oder mehrere Materialien aufeinander und/o- der zwei oder mehrere Materialien nebeneinander und/oder eine Mischung von zwei oder mehreren Materialien umfassen. Die Lochtransportschicht kann insbesondere mittels min destens eines Abscheidungsverfahrens hergestellt werden ausgewählt aus der Gruppe beste hend aus: Sputtern, Elektronenstrahlverdampfen, thermisches Verdampfen, Rotationsbe schichtung, Rakelbeschichtung, Tintenstrahldruck. Auch andere Verfahren sind jedoch grundsätzlich denkbar.
Die Elektronentransportschicht kann mindestens ein organisches Material aufweisen ausge wählt aus der Gruppe bestehend aus: PCBM (6,6-phenyl C61 butyric methyl ester), ICBA (indene-C60 bisadduct), C60. Weiterhin kann die Elektronentransportschicht mindestens ein anorganisches Material aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Me talloxid, insbesondere Zinnoxid (SnCh), insbesondere Titaniumoxid (Ti02), wobei das an organische Material kristallin ausgestaltet sein kann oder Nanopartikel aufweisen kann. Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar. Die Elektronentransportschicht kann insbesondere eine Kombination von zwei oder mehreren Materialien aufweisen. Die Kom bination kann zwei oder mehrere Materialien aufeinander und/oder zwei oder mehrere Ma terialien nebeneinander und/oder eine Mischung von zwei oder mehreren Materialien um fassen. Die Elektronentransportschicht kann insbesondere mittels mindestens eines Abschei dungsverfahrens hergestellt werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Sputtern, Elektronenstrahlverdampfen, thermisches Verdampfen, Rotationsbeschichtung, Rakelbe schichtung, Tintenstrahl druck. Auch andere Verfahren sind jedoch grundsätzlich denkbar.
Die Elektronentransportschicht, die Lochtransportschicht können jeweils eine Schichtdicke aufweisen von 0 nm bis 500 nm, vorzugsweise von 10 nm bis 200 nm. Auch andere Dimen sionen sind jedoch grundsätzlich denkbar.
Weiterhin kann der erste Schichtstapel und/oder der zweite Schichtstapel ein oder mehrere Puffer schichten aufweisen. Die Pufferschicht kann mindestens ein Material aufweisen aus gewählt aus der Gruppe bestehend aus: Bathocuproin (BCP), Lithiumfluorid (LiF), Polyflu- oren (PFN). Weiterhin kann die Pufferschicht mindestens ein anorganisches Material um fassend Nanopartikel aufweisen, wie beispielsweise basierend auf AI2O3, ZnO oder TiCh. Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar. Die Pufferschicht kann insbesondere auf der Elektrontransportschicht und/oder auf der Lochtransportschicht aufgebracht werden. Auch andere Ausgestaltungen sind grundsätzlich denkbar.
Weiterhin kann die Pufferschicht ein Material der Lochtransportschicht oder ein Material der Elektronentransportschicht aufweisen. Die Pufferschicht kann insbesondere mindestens ein Material aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: PCBM (6,6-phenyl C61 butyric methyl ester); ICBA (indene-C60 bisadduct); C60; einem Metalloxid, insbesondere Zinnoxid (Sn02), insbesondere Titaniumoxid (Ti02). Das Metalloxid kann insbesondere kristallin ausgestaltet sein oder kann Nanopartikel aufweisen. Darüber hinaus kann die Puf ferschicht mindestens ein Material aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: ei nem Polymer, PTAA (poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]), PEDOT:PSS (poly(ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfona-te)), Poly-TPD (poly[ N , N ’-bis(4- butylphenyl)- N , N ’-bis(phenyl)benzidine]), P3HT (poly(3-hexylthiophene)). Weiterhin kann die Pufferschicht mindestens ein Material basierend auf kleinen Molekülen, insbeson dere Spiro-OMeTAD (2,2',7,7'-tetraakis-(N,N-di-4-methoxyphenylamino)- 9,9'-spirobiflu- orene), aufweisen. Weiterhin kann die Pufferschicht mindestens eine selbstorganisierende Monoschicht aufweisen ausgewählt aus der Gruppe: 2PACz ([2-(9H-carbazol-9-yl)ethyl] Phosphonsäure), (7)MeO-2PACz ([2-(3,6-dimethoxy-9H- carbazol-9-yl)ethyl] Phosphon- säure. Weiterhin kann die Pufferschicht mindestens ein anorganisches Material aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Metalloxid, insbesondere Kupferoxid (CuO), insbesondere Nickeloxid (NiO), Kuperiodid (Cul), Kupfer-thiocyanate (CuSCN), wobei das anorganische Material kristallin ausgebildet sein oder Nanopartikel aufweisen kann. Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar. Die Pufferschicht kann weiterhin dotiert sein mit einem der Materialien aus der Gruppe bestehend aus: Li-TFSI (Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide), TBP (4-tert-butylpyridine), FK209 (tris[2-(lH-py- razol-l-yl)-4-tert-butyl pyridine]- cobalt(III), tris[bis(trifluoromethylsulfonyl)imide]), F4- TCNQ (2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquino-dimethane).
Die Pufferschicht kann eine Schichtdicke aufweisen von 0 nm bis 30 nm, vorzugsweise von 10 nm bis 20 nm. Auch andere Dimensionen sind jedoch grundsätzlich denkbar.
Weiterhin kann der erste Schichtstapel und/oder der zweite Schichtstapel ein oder mehrere Passivierungsschichten aufweisen. Die Passivierungsschicht kann mindestens ein Material aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: PEAI/PEABr/PEACl (Phenylethylam- monium Iodid/Bromid/Chlorid), OAI/OABr/OACl (Octylammonium Iodid/Bromid/Chlo- rid), BAI/BABr/BACl (Butylammonium Iodid/Bromid/Chlorid), LiF (Lithiumfluorid), PMMA (poly(methyl methacrylate)), AI2O3 (Aluminiumoxid), Lewis-Basen, Lewis-Säuren. Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar. Die Passivierungsschicht kann bei spielsweise auf der Elektrontransportschicht und/oder auf der Lochtransportschicht aufge bracht werden. Auch andere Ausgestaltungen sind grundsätzlich denkbar. Die Passivie rungsschicht kann zur Oberflächenfunktionalisierung verwendet werden. Dadurch werden grundsätzlich chemische Eigenschaften der angrenzenden Schicht verändert. Die Passivie rungsschicht kann insbesondere mittels mindestens eines Ab Scheidungsverfahrens herge stellt werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Rotationsbeschichtung, thermisches Verdampfen, Sputtern, Elektronenstrahlverdampfen, Rakelbeschichtung, Tintenstrahldruck. Auch andere Verfahren sind jedoch grundsätzlich denkbar.
Die Passivierungsschicht kann eine Schichtdicke von 1 nm bis 10 nm, vorzugsweise von 2 nm bis 5 nm, aufweisen.
Wie oben ausgeführt, wird in Schritt c) der erste Schichtstapel auf den zweiten Schichtstapel aufgebracht. Der Begriff „Aufbringen“ bezeichnet in diesem Zusammenhang ein Überei nander! egen der beiden Schichtstapel.
Der erste Schichtstapel kann eine erste abschließende Schicht aufweisen. Der zweite Schichtstapel kann eine zweite abschließende Schicht aufweisen. Der Begriff „abschlie ßende Schicht“ bezeichnet grundsätzlich eine beliebige Schicht eines Schichtstapels oder eines Schichtaufbaus mit mehreren übereinanderliegenden Schichten, welche mit einer Längsseite der Schicht an eine äußere Umgebung des Schichtstapels oder des Schichtauf baus angrenzt. In Schritt c) kann der erste Schichtstapel auf dem zweiten Schichtstapel derart aufgebracht werden, dass die erste abschließende Schicht des ersten Schichtstapels und die zweite abschließende Schicht des zweiten Schichtstapels aufeinander aufliegen. Bezüglich des Begriffs „aufeinander aufliegen“ wird in analoger Weise auf die Definition des Begriffs „übereinanderliegend“ oben verwiesen.
Die Perowskitschicht kann die erste abschließende Schicht ausbilden und die Elektronen transportschicht oder die Lochtransportschicht kann die zweite abschließende Schicht aus bilden. Dies kann auch in umgekehrter Weise erfolgen, d.h. die Perowskitschicht kann die zweite abschließende Schicht ausbilden und die Elektronentransportschicht oder die Lochtransportschicht kann die erste abschließende Schicht ausbilden. Weiterhin können die erste abschließende Schicht oder die zweite abschließende Schicht jeweils Pufferschichten sein. Es können die erste Schicht und/oder die zweite Schicht auf weitere Schichten des ersten Schichtstapels oder des zweiten Schichtstapels aufgebracht werden. Die erste Schicht und/o der die zweite Schicht müssen daher nicht zwingend auf die Perowskitschicht aufgebracht werden. Durch die Laminierung können die erste Schicht und/oder die zweite Schicht grund sätzlich auf die Perowskitschicht aufgebracht werden. Es können grundsätzlich anorganische Lochtransportschichten und/oder Elektronentransportschichten aus einer Vakuumphase her gestellt werden. Hier kann eine hohe Qualität sowie eine kompakte Beschaffenheit vorlie gen. Dies ist mit Materialien aus der Flüssigphase, welche beispielsweise Nanopartikel ver wenden und damit immer poröse Schichten erzeugen, grundsätzlich nicht oder nur bedingt möglich. Kompakte Schichten können grundsätzlich für eine Stabilität der Bauelementar chitektur beitragen. Weiterhin kann die Perowskitschicht auf die erste Schicht und/oder auf die zweite Schicht aufgebracht werden. Es sind jedoch auch andere Ausführungen denkbar.
Wie oben ausgeführt, wird in Schritt d) der erste Schichtstapel mit dem zweiten Schichtsta pel laminiert. Der Begriff „Laminieren“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges stoffschlüs siges, thermisches Fügeverfahren von mindestens zwei Elementen, insbesondere ohne wei tere Hilfsmaterialien wie Klebstoffe. Die zwei Elemente können aufeinanderliegend in eine Heißpresse eingebracht werden und das Fügeverfahren kann unter Einwirkung von Tempe ratur und Druck ausgeführt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „Laminieren“ insbesondere ein beliebiges stoffschlüssiges, thermisches Fügeverfah ren von der ersten abschließenden Sicht des ersten Schichtstapels mit der zweiten abschlie ßenden Schicht des zweiten Schichtstapels. Der Begriff „mechanische Verbindung“ bezeich net grundsätzlich eine Verbindung zwischen zwei oder mehreren Elementen, derart, dass ein Voneinanderlösen der zwei oder mehreren Elemente in einem bestimmungsgemäßen Ge brauch der Elemente verhindert ist. Der Begriff „elektrische Verbindung“ bezeichnet grund sätzlich eine Verbindung zwischen zwei oder mehreren Elementen, derart, dass ein elektri scher Kontakt zwischen den Elementen ausgebildet ist, d.h. dass ein Ladungsträger über ei nen Kontaktbereich zwischen den Elementen transportiert werden kann. Während des Schritts d) können grundsätzlich auch mehr als zwei Schichtstapel miteinander laminiert werden. Insbesondere können der erste Schichtstapel und der zweite Schichtstapel mit min destens einem weiteren Schichtstapel, insbesondere mindestens einem dritten Schichtstapel, während des Schritts d) laminiert werden.
Für die Laminierung können der erste Schichtstapel und der zweite Schichtstapel in eine Heißpresse eingebracht werden. Unter einer Einwirkung von Druck und Temperatur kann die Perowskitschicht rekristallisieren mit dem Ergebnis der mechanischen und elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Schichtstapel und dem zweiten Schichtstapel. Die Heiß presse kann eine erste Platte und eine zweite Platte aufweisen. Die erste Platte und die zweite Platte können bei einem Haltedruck, insbesondere von 5 MPa bis 20 MPa, zunächst erwärmt werden. Bei einem Erreichen einer Prozesstemperatur kann der Druck auf einen Prozess druck erhöht werden. Die Prozesstemperatur kann insbesondere zwischen 50 °C und 300 °C, insbesondere zwischen 60 °C und 150 °C, liegen. Der Prozessdruck kann insbesondere zwi schen 10 MPa und 250 MPa, insbesondere zwischen 20 MPa und 150 MPa, liegen. Der Prozess kann insbesondere über eine Dauer von 1 s bis 2 h, insbesondere von 5 min bis 30 min, erfolgen. Beispielsweise kann Schritt d) bei einer Prozesstemperatur von 90 °C, einem Prozessdruck von 80 MPa und bei einer Dauer von 10 min erfolgen. Anschließend kann die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle heruntergekühlt und der Druck abgebaut werden. Die Reihenfolge kann dabei variieren. Beispielsweise kann die Perowskit-basierte Mehrfachso larzelle zunächst heruntergekühlt und anschließend kann der Druck abgebaut werden. Alter nativ kann zunächst der Druck abgebaut werden und anschließend kann die Perowskit-ba sierte Mehrfachsolarzelle heruntergekühlt werden.
Wie oben ausgeführt, bildet die Perowskitschicht entweder die Laminat ausbildende Schicht des ersten Schichtstapels oder des zweiten Schichtstapels aus. Der Begriff „Laminat ausbil dende Schicht“ bezeichnet grundsätzlich eine Schicht des ersten Schichtstapels, welche un ter Einwirkung von Temperatur und Druck stoffschlüssig mit einer Schicht des zweiten Schichtstapels verbunden wird. Darüber hinaus kann der Begriff „Laminat ausbildende Schicht“ eine Schicht des zweiten Schichtstapels bezeichnen, welche unter Einwirkung von Temperatur und Druck stoffschlüssig mit einer Schicht des ersten Schichtstapels verbunden wird. In einem ersten Ausführungsbeispiel kann die Perowskitschicht die Laminat ausbil dende Schicht des ersten Schichtstapels ausbilden und die Laminat ausbildende Schicht des zweiten Schichtstapels kann keine Perowskitschicht sein. In einem zweiten Ausführungsbei spiel kann die Perowskitschicht die Laminat ausbildende Schicht des zweiten Schichtstapels ausbilden und die Laminat ausbildende Schicht des ersten Schichtstapels kann keine Perowskitschicht sein. Insbesondere kann die Laminat ausbildende Schicht die erste ab schließende Schicht des ersten Schichtstapels oder die zweite abschließende Schicht des zweiten Schichtstapels sein. Weiterhin kann die Laminat ausbildende Schicht die erste ab schließende Schicht des ersten Schichtstapels oder die zweite abschließende Schicht des zweiten Schichtstapels sein und kann eine Oberflächenbehandlung umfassen. Alternativ kann auf der Perowskitschicht eine weitere Schicht aufgebracht sein. Die weitere Schicht kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer Pufferschicht, einer Passivierungsschicht. Auch weitere Ausführungsbeispiele sind grundsätzlich denkbar. Ins besondere kann die Perowskitschicht eine Schicht sein ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: der ersten abschließenden Schicht des ersten Schichtstapels; der zweiten abschließenden Schicht des zweiten Schichtstapels; einer Schicht des ersten Schichtstapels, welche sich an die erste abschließende Schicht anschließt; einer Schicht des zweiten Schichtstapels, welche sich an die zweite abschließende Schicht anschließt. Die Schicht des ersten Schichtstapels, welche sich an die erste abschließende Schicht anschließt, und die Schicht des zweiten Schichtstapels, welche sich an die zweite abschließende Schicht anschließt, können auch als unter der ersten bzw. zweiten abschließenden Schicht liegende Schichten bezeichnet werden. Der erste Schichtstapel und/oder der zweite Schichtstapel können darüber hinaus optional noch weitere Perowskitschichten umfassen.
Durch ein mehrfaches Laminieren kann die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle in einer monolithischen (n+l)-Terminal Verschaltung hergestellt werden, wobei n einer Anzahl der Absorber- Schichten entspricht. So kann eine Serien- Verschaltung mit (n+1) Kontakten her gestellt werden. Eine Kontaktierung und/oder Verschaltung jeder Elektrode oder zwischen Elektroden kann durch ein Versetzen der Schichtstapel erfolgen. Auch andere Ansätze sind grundsätzlich denkbar.
Vor Durchführung des Schritts d) kann das Perowskit der Perowskitschicht in fester Phase vorliegen. Der Begriff „Phase“ bezeichnet dabei einen Aggregatzustand eines Stoffes, wel ches sich durch eine bloße Änderung von Temperatur und/oder Druck in einen anderen Ag gregatzustand umwandeln kann. Die Perowskitschicht kann daher eine feste Schicht sein. Weiterhin können weitere Schichten des ersten Schichtstapels, insbesondere die erste Elekt rode und/oder die erste Schicht, und/oder weitere Schichten des zweiten Schichtstapels, ins besondere die zweite Elektrode, und/oder die Absorberschicht, und/oder die Rekombinati onsschicht und/oder die Pufferschicht und/oder die zweite Schicht, vor Durchführung des Schritts d) in fester Phase vorliegen. Während des Schritts d) kann eine Verbindung zwi schen dem ersten Schichtstapel und dem zweiten Schichtstapel durch ein Rekristallisieren der festen Perowskitschicht erfolgen. Bei den Schritten a) bis d) kann es sich um kleberfreie Verfahrensschritte handeln. Der Begriff „kleberfreier Verfahrensschritt“ bezeichnet dabei grundsätzlich einen Verfahrensschritt, welcher ohne Verwendung oder Einsatz eines belie bigen Klebstoffs erfolgt. Auf eine Verwendung eines zusätzlichen Klebstoffs, auch als Zu satz in anderen Schichten des Stapels, kann verzichtet werden. Dadurch kann eine zusätzli che Klebstoffschicht entfallen. In der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle können insbe sondere nur optische und elektrische funktionale Schichten vorliegen. Zusätzliche optische, mechanische und/oder elektrische Verluste können daher grundsätzlich vermieden werden. Dies kann grundsätzlich zu einer hohen Stabilität der Perowskit-basierten Mehrfachsolar zelle führen. Weiterhin kann grundsätzlich der Wirkungsgrad der Perowskit-basierten Mehr fachsolarzelle erhöht werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es sich somit um einen skalierbaren Prozess handeln, da keine Flüssigphase bei der Verbindung des ersten Schichtstapels mit dem zweiten Schichtstapel vorliegt. Weiterhin kann eine einfache Bau elementstruktur vorliegen. Herstellungskosten können grundsätzlich reduziert werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist grundsätzlich eine Herstellung von Perowskit-basierten Mehrfachsolarzellen mit unterschiedlichen Konfigurationen möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht neue Konfigurationen des ersten Schichtsta pels und/oder des zweiten Schichtstapels, wie sie mit existierenden Verfahren grundsätzlich nicht zugänglich sind.
Durch das Laminieren können Elektronentransportschichten und/oder Lochtransportschich ten auch aus kompakten und/oder zusammenhängenden Schichten hergestellt werden. Ins besondere kann es sich bei den Schichten um nicht-poröse Schichten handeln. Insbesondere kann sich bei den Schichten nicht um Nano- und/oder Mikropartikel-basierte Schichten han deln. Es lassen sich insbesondere Kombinationen hersteilen, welche Perowskit, eine Elekt ronentransportschicht mit mindestens einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: SnCh, T1O2, Cadmium-Selen Quantenpunkte (CdxSey), Wolframoxid (WxOy), Stronti- umtitanat (SrTiCb), Zinnoxid (ZnO), sowie eine Lochtransportschicht mit mindestens einem weiteren Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Nickeloxid (NiOx), (Kupfer oxid) C O, Kupferthiocyanat (CuSCN), Kupferoxid (CuOx), Kupfer-Chrom-Oxid (Cu:CrOx), Molybdän(VI)-oxid (M0O3), Vanadiumoxid (VxOy), Nickelphthalocyanin (NiPc) aufweisen.
Es sind somit grundsätzlich neue Freiheitsgrade in der Prozessabfolge des Herstellungsver fahrens möglich. Darüber hinaus sind grundsätzlich schnellere Herstellungsprozessabfolgen möglich. Weiterhin können grundsätzlich niedrigere Prozesstemperaturen, bzw. ein niedri ger Energieeinsatz, mechanisch stabile Bauelemente und/oder stabile Bauelementarchitek turen erzielt werden.
Die Perowskitschicht kann eine Schichtdicke von 800 nm bis 10 pm, insbesondere von 1 pm bis 5 pm, aufweisen. Weiterhin kann die Perowskitschicht eine Schichtdicke von 50 nm bis 800 nm, insbesondere von 500 nm bis 600 nm, aufweisen. Durch eine dicke Perowskit schicht kann eine Textur bzw. eine Rauheit an einer Oberseite von der Absorberschicht aus geglichen werden und für eine zumindest nahezu vollständige Bedeckung sorgen. Dabei kann sich die Perowskitschicht der Textur der Absorber Schicht anpassen und kann an einer der Textur der Absorberschicht abgewandten Seite eine definierte/kontrollierte Textur, wie beispielsweise eine planare, eine raue oder eine strukturierte Textur, aufweisen. Es kann auf dem ersten Schichtstapel oder auf dem zweiten Schichtstapel eine dicke Perowskitschicht aufgebracht werden, die sich im Laminierungsprozess der Textur der Absorber Schicht zu mindest nahezu ohne Fehlstellen anpasst. Dies ist mit anderen Verfahren grundsätzlich nicht möglich. Eine Lichtausbeute und/oder eine winkelabhängige Lichtausbeute und damit der Wirkungsgrad der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle können damit erhöht werden.
Zudem kann ein Schichtstapel grundsätzlich mehrfach laminiert werden. Insbesondere kann ein Schichtstapel mehrfach auf einen anderen Schichtstapel laminiert werden. Dazu kann ein Substrat, beispielsweise ein planarer Silizium-Wafer, ein planares Glas, oder ein anderes Substrat eingesetzt werden, auf dem beispielsweise eine Antihaftschicht aus Polydimethyl- siloxan (PDMS), Polytetrafluorethylen (PTFE), FTO, ITO, Sn02, NiOx aufgebracht werden kann. Auch weitere Schichten, von welchem sich der Schichtstapel als Einheit nach dem Laminieren wieder von der Antihaftschicht ablösen lässt, sind grundsätzlich möglich. Durch Mehrfachlaminieren von einem Schichtstapel auf einen weiteren Schichtstapel kann eine Mehrfachsolarzelle hergestellt werden, die beispielsweise mehr als zwei Absorber- Schich ten besitzen kann.
Die Perowskitschicht kann als eine planare Schicht ausgebildet werden. Insbesondere kann durch Laminieren einer ablösbaren Schicht auf die Perowskitschicht eine planare Ausbil dung der Perowskitschicht erzeugt werden. Eine Limitierung in der Prozessierung der Mehr fachsolarzelle durch eine raue Perowskitschicht kann somit vermieden werden.
Die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle kann insbesondere mehr als zwei Absorber auf weisen. Die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle mit mehr als zwei Absorbern kann ins besondere mehr als zwei Schichtstapel aufweisen, welche miteinander laminiert werden. Ein Wirkungsgrad der Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle kann somit erhöht werden. Insbe sondere kann die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle mehr als zwei Absorber aufweisen. Auch andere Ausgestaltungen sind grundsätzlich denkbar. Beispielsweise kann die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle drei Absorber aufweisen, eine Perowskitschicht, eine erste Absorber Schicht und eine zweite Absorberschicht. Die erste und/oder die zweite Ab sorberschicht können ein Material aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Perowskit, kristallines oder amorphes Silizium, Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS), Cadmiumtellurid (CdTe), Gallium- Arsenid (GaAs), Germanium (Ge), Indiumgalliumar- senid (InGaAs), Indiumgalliumphosphid (InGaP). Auch andere Materialien sind grundsätz lich denkbar. Die Schichtstapel können insbesondere aufeinander angeordnet sein.
In einem weiteren Aspekt wird eine Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle vorgeschlagen. Die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle umfasst mindestens einen ersten Schichtstapel. Der erste Schichtstapel weist mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine erste Schicht auf. Darüber hinaus kann der erste Schichtstapel mindestens ein Substrat aufweisen. Weiterhin umfasst die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle mindestens einen zweiten Schichtstapel. Der zweite Schichtstapel weist mindestens eine Absorber Schicht und mindes tens eine zweite Schicht auf. Darüber hinaus kann der zweite Schichtstapel mindestens eine zweite Elektrode aufweisen. Weiterhin kann der zweite Schichtstapel eine Rekombinations schicht aufweisen. Der erste Schichtstapel ist aufgebracht auf den zweiten Schichtstapel. Der erste Schichtstapel ist mit dem zweiten Schichtstapel derart laminiert, dass mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer mechanischen, einer elektri schen Verbindung zwischen dem ersten Schichtstapel und dem zweiten Schichtstapel aus bildet ist. Die erste Schicht und die zweite Schicht sind jeweils ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Lochtransportschicht, einer Elektronentransportschicht, einer Puffer schicht, einer Rekombinationsschicht, einer Elektrodenschicht. Der erste Schichtstapel oder der zweite Schichtstapel weist eine Perowskitschicht auf. Die Perowskitschicht bildet ent weder eine Laminat ausbildende Schicht des ersten Schichtstapels oder des zweiten Schichtstapels aus.
Die Perowskit-Silizium-Mehrfachsolarzelle ist herstellbar mit dem Verfahren zur Herstel lung einer Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle, wie es bereits beschrieben wurde oder im Folgenden noch beschrieben wird. Hinsichtlich weiterer Details zu Ausgestaltungen und Ausführungen der Perowskit-Silizium-Mehrfachsolarzelle kann daher in analoger Weise auf die obige und auf die folgende Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung einer Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle verwiesen werden.
In einem Ausführungsbeispiel der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle kann der erste Schichtstapel die erste Elektrode aufweisen. Insbesondere kann auf dem Substrat die erste Elektrode aufgebracht sein. Insbesondere kann das Substrat Glas, insbesondere flexibles Glas, umfassen. Insbesondere kann das Substrat eine Dicke von 50 pm bis 5 mm, insbeson dere von 100 pm bis 250 pm, aufweisen. Insbesondere kann die erste Elektrode Indiumzin noxid (ITO) umfassen. Insbesondere kann die erste Elektrode eine Dicke von 100 nm bis 500 nm, insbesondere von 120 nm bis 300 nm, aufweisen. Weiterhin kann der zweite Schichtstapel in dem Ausführungsbeispiel ein weiteres Substrat, die zweite Elektrode die Absorberschicht, sowie die zweite Schicht aufweisen, welche eine Rekombinationsschicht ist. Das weitere Substrat kann Glas umfassen. Insbesondere kann das weitere Substrat eine Dicke von 50 pm bis 5 mm, insbesondere von 1 mm, aufweisen. Die zweite Elektrode kann insbesondere Molybdän (Mo) umfassen. Die zweite Elektrode kann eine Dicke von 0,1 pm bis 2 pm, insbesondere von 0,2 pm bis 1 pm, aufweisen. Insbesondere kann die Absorber schicht eine Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) Solarzelle umfassen. Die CIGS So larzelle kann insbesondere eine Dicke von 1 pm bis 5 pm aufweisen. Eine Oberfläche der CIGS Solarzelle kann insbesondere eine quadratische Rauheit von 1 nm bis 2 qm aufweisen. Die Oberfläche kann insbesondere eine dem weiteren Substrat abgewandte Oberfläche sein. Die zweite Schicht, insbesondere die Rekombinationsschicht, kann insbesondere auf der Oberfläche der CIGS Solarzelle aufliegen. Die zweite Schicht kann eine Dicke von 1 qm bis 5 qm aufweisen. Die Rekombinationsschicht kann insbesondere Indiumzinnoxid (ITO) um fassen. Die Rekombinationsschicht kann insbesondere eine Dicke von 15 nm bis 100 nm, insbesondere von 30 nm bis 70 nm, aufweisen.
In dem Ausführungsbeispiel der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle können die ersten Schichtstapel und die zweiten Schichtstapel darüber hinaus jeweils noch weitere Schichten umfassen, insbesondere mindestens eine Perowskitschicht, insbesondere mit einer Dicke von 100 nm bis 2 qm, insbesondere von 300 nm bis 800 nm, mindestens eine Lochtransport schicht und/oder mindestens eine Elektronentransportschicht. Die Lochtransportschicht kann insbesondere Nickeloxid (NiOx) umfassen. Die Lochtransportschicht aus Nickeloxid (NiOx) kann insbesondere eine Dicke von 10 nm bis 50 nm, insbesondere von 20 nm bis 30 nm, aufweisen. Darüber hinaus kann die Lochtransportschicht insbesondere eine selbstorga nisierende Monoschicht umfassen, insbesondere 2PACz ([2-(9H-carbazol-9-yl)ethyl] Phos- phonsäure). Die Lochtransportschicht aus 2PACz kann insbesondere auf der Lochtransport schicht aus Nickeloxid aufliegen und damit eine doppelte Lochtransportschicht bilden. Die Elektronentransportschicht kann insbesondere Zinnoxid (SnOx) umfassen und insbesondere eine Dicke von 10 nm bis 50 nm, insbesondere von 30 nm bis 40 nm, aufweisen. Darüber hinaus kann die Elektronentransportschicht insbesondere Fullerene (C60) umfassen und ins besondere eine Dicke von 10 nm bis 30 nm, insbesondere von 20 nm bis 25 nm, aufweisen. Die Elektrontransportschicht aus Zinnoxid kann insbesondere auf der Elektrontransport schicht aus Fullerene aufliegen und damit eine doppelte Elektrontransportschicht bilden.
Beispielsweise kann in dem Ausführungsbeispiel der Perowskit-basierten Mehrfachsolar zelle der erste Schichtstapel die Lochtransportschicht und die Perowskitschicht umfassen. Die Lochtransportschicht kann insbesondere auf der ersten Elektrode aufliegen. Die Perowskitschicht kann insbesondere auf der Lochtransportschicht aufliegen. Der zweite Schichtstapel kann die Elektronentransportschicht umfassen. Die Elektronentransport schicht kann insbesondere auf der Rekombinationsschicht aufliegen.
Alternativ kann in dem Ausführungsbeispiel der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle der erste Schichtstapel die Elektronentransportschicht und die Perowskitschicht umfassen. Die Elektronentransportschicht kann insbesondere auf der ersten Elektrode aufliegen. Die Perowskitschicht kann insbesondere auf der Elektronentransportschicht aufliegen. Der zweite Schichtstapel kann die Lochtransportschicht umfassen. Die Lochtransportschicht kann insbesondere auf der Rekombinationsschicht aufliegen.
Alternativ kann in dem Ausführungsbeispiel der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle erste Schichtstapel die Lochtransportschicht umfassen. Die Lochtransportschicht kann ins besondere auf der ersten Elektrode aufliegen. Der zweite Schichtstapel kann die Elektronen transportschicht sowie die Perowskitschicht umfassen. Die Elektronentransportschicht kann insbesondere auf der Rekombinationsschicht aufliegen. Die Perowskitschicht kann insbe sondere auf der Elektronentransportschicht aufliegen.
Alternativ kann in dem Ausführungsbeispiel der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle der erste Schichtstapel die Elektronentransportschicht umfassen. Die Elektronentransportschicht kann insbesondere auf der ersten Elektrode aufliegen. Der zweite Schichtstapel kann die Lochtransportschicht sowie die Perowskitschicht umfassen. Die Lochtransportschicht kann insbesondere auf der Rekombinationsschicht aufliegen. Die Perowskitschicht kann insbe sondere auf der Lochtransportschicht aufliegen.
Alternativ kann in dem Ausführungsbeispiel der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle der erste Schichtstapel die Lochtransportschicht sowie die Perowskitschicht umfassen. Die Lochtransportschicht kann insbesondere auf der ersten Elektrode aufliegen. Die Perowskit schicht kann insbesondere auf der Lochtransportschicht aufliegen. Der zweite Schichtstapel kann die Elektronentransportschicht sowie eine weitere Perowskitschicht umfassen. Die Elektronentransportschicht kann insbesondere auf der Rekombinationsschicht aufliegen. Die weitere Perowskitschicht insbesondere kann auf der Elektronentransportschicht aufliegen.
Alternativ kann in dem Ausführungsbeispiel der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle der erste Schichtstapel die Elektronentransportschicht sowie die Perowskitschicht umfassen. Die Elektronentransportschicht kann insbesondere auf der ersten Elektrode aufliegen. Die Perowskitschicht kann insbesondere auf der Elektronentransportschicht aufliegen. Der zweite Schichtstapel kann die Lochtransportschicht sowie die weitere Perowskitschicht um fassen. Die Lochtransportschicht kann insbesondere auf der Rekombinationsschicht auflie gen. Die weitere Perowskitschicht kann insbesondere auf der Lochtransportschicht auflie gen.
Alternativ kann in dem Ausführungsbeispiel der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle der erste Schichtstapel die Lochtransportschicht umfassen. Die Lochtransportschicht kann ins besondere auf der ersten Elektrode aufliegen. Der zweite Schichtstapel kann die Elektronen transportschicht, die Perowskitschicht sowie die weitere Perowskitschicht umfassen. Die Elektronentransportschicht kann insbesondere auf der Rekombinationsschicht aufliegen. Die Perowskitschicht kann insbesondere auf der Elektronentransportschicht aufliegen. Die wei tere Perowskitschicht insbesondere kann auf der Perowskitschicht aufliegen. Die Perowskit schicht und die weitere Perowskitschicht können insbesondere nacheinander durch sequen tielle Laminierung aufgebracht sein.
Alternativ kann in dem Ausführungsbeispiel der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle der erste Schichtstapel die Elektronentransportschicht umfassen. Die Elektronentransportschicht kann insbesondere auf der ersten Elektrode aufliegen. Der zweite Schichtstapel kann die Lochtransportschicht, die Perowskitschicht sowie die weitere Perowskitschicht umfassen. Die Lochtransportschicht kann auf der Rekombinationsschicht aufliegen. Die Perowskit schicht kann insbesondere auf der Lochtransportschicht aufliegen. Die weitere Perowskit schicht kann insbesondere auf der Perowskitschicht aufliegen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle kann der erste Schichtstapel das Substrat, die erste Elektrode, zwei erste Schichten und die Perowskitschicht aufweisen. Insbesondere kann auf dem Substrat die erste Elektrode aufge bracht sein. Auf der ersten Elektrode können insbesondere die zwei ersten Schichten aufge bracht sein. Auf den zwei ersten Schichten kann insbesondere die Perowskitschicht aufge bracht sein. Bei den zwei ersten Schichten kann es sich insbesondere um Elektronentrans portschichten, insbesondere um zwei im Wesentlichen übereinanderliegenden Elektronen transportschichten, handeln.
Das Substrat kann insbesondere Polyethylennaphthalat (PEN) umfassen. Insbesondere kann das Substrat eine Folie aus Polyethylennaphthalat (PEN) sein oder umfassen. Das Substrat kann insbesondere eine Dicke von 125 pm aufweisen. Die erste Elektrode kann insbesondere Indium Zinnoxid (ITO) aufweisen. Die erste Elektrode kann insbesondere eine Dicke von 300 nm aufweisen.
Bei den zwei ersten Schichten kann es sich insbesondere um zwei Elektronentransport schichten, insbesondere um eine erste Elektronentransportschicht und um eine zweite Elekt ronentransportschicht, handeln. Die erste Elektronentransportschicht kann insbesondere Zinnoxid (SnOx) umfassen. Die erste Elektronentransportschicht kann insbesondere eine Di cke von 35 nm aufweisen. Die zweite Elektronentransportschicht kann insbesondere Fulle- rene (C60) umfassen. Die zweite Elektronentransportschicht kann insbesondere eine Dicke von 20 nm aufweisen. Die Perowskitschicht kann insbesondere Cso.i(MAo.i7FAo.83)o.9Pb(Io.83Bro.i7)3 umfassen. Die Perowskitschicht insbesondere kann eine Dicke von 370 nm aufweisen.
Der zweite Schichtstapel kann insbesondere die zweite Elektrode, die Absorberschicht, so wie drei zweite Schichten aufweisen. Auf der zweiten Elektrode kann insbesondere die Ab sorberschicht aufgebracht sein. Auf der Absorberschicht können insbesondere die drei zwei ten Schichten aufgebracht sein. Bei den drei zweiten Schichten kann es sich insbesondere um zwei Lochtransportschichten und eine Rekombinationsschicht, insbesondere um drei im Wesentlichen übereinanderliegende zweite Schichten, handeln.
Die zweite Elektrode kann insbesondere Indium Zinnoxid (ITO) aufweisen. Die zweite Elektrode kann insbesondere eine Dicke von 70 nm aufweisen.
Die Absorberschicht kann insbesondere eine Silizium-Solarzelle umfassen. Die Silizium- Solarzelle kann insbesondere folgende Architektur aufweisen: a-Si:H<n>/a-Si:H<i>/c-Si wafer <n>/a-Si:H<i>/a-Si:H<p>. Dabei kann ein Heteroübergang vorliegen. Die Silizium- Solarzelle kann insbesondere beidseitig poliert sein. Die Silizium-Solarzelle kann insbeson dere eine Dicke von 280 pm aufweisen.
Auf der Absorberschicht kann insbesondere die Rekombinationsschicht aufliegen. Die Re kombinationsschicht kann insbesondere Indium Zinnoxid (ITO) umfassen. Die Rekombina tionsschicht kann insbesondere eine Dicke von 30 nm aufweisen.
Auf der Rekombinationsschicht können insbesondere die zwei Lochtransportschichten, ins besondere eine erste Lochtransportschicht und eine zweite Lochtransportschicht, aufliegen. Die erste Lochtransportschicht kann insbesondere auf der Rekombinationsschicht aufliegen und die zweite Lochtransportschicht kann insbesondere auf der ersten Lochtransportschicht aufliegen. Die erste Lochtransportschicht kann insbesondere Nickeloxid (NiOx) umfassen. Die erste Lochtransportschicht kann insbesondere eine Dicke von 20 nm aufweisen. Die zweite Lochtransportschicht kann insbesondere eine selbstorganisierende Monoschicht um fassen, insbesondere 2PACz ([2-(9H-carbazol-9-yl)ethyl] Phosphonsäure).
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle kann das Substrat aus Glas hergestellt sein. Das Substrat kann eine Dicke von 1 mm aufweisen. Die erste Elektrode kann Indiumzinnoxid umfassen. Die erste Elektrode kann eine Dicke von 100 nm oder von 150 nm aufweisen. Die Elektronentransportschicht kann Zinnoxid (SnCh) umfassen. Die Elektronentransportschicht kann eine Dicke von 10 nm oder von 20 nm umfassen. Die Perowskitschicht kann eine Dicke von 350 nm oder von 700 nm aufwei sen. Die Lochtransportschicht kann PTAA (poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)a- mine]) umfassen und eine Dicke von 5nm oder von 10 nm aufweisen. Die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle kann eine weitere Lochtransportschicht aufweisen. Die weitere Lochtransportschicht kann Nickeloxid (NiOx) umfassen. Die weitere Lochtransportschicht kann eine Dicke von 10 nm oder von 20 nm aufweisen. Die Rekombinationsschicht kann Indiumzinnoxid umfassen. Die Rekombinationsschicht kann eine Dicke von 15 nm oder von 70 nm aufweisen. Weiterhin kann die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle eine Silizium- Solarzelle umfassen. Die Silizium-Solarzelle kann eine Dicke von 200pm oder von 300pm aufweisen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle kann das Substrat aus Glas hergestellt sein. Das Substrat kann eine Dicke von 1 mm aufweisen. Die erste Elektrode kann Indiumzinnoxid umfassen. Die erste Elektrode kann eine Dicke von 100 nm aufweisen. Die Elektronentransportschicht kann Zinnoxid (SnCh) umfassen. Die Elektronentransportschicht kann eine Dicke von 10 nm umfassen. Die Perowskitschicht kann eine Dicke von 350 nm aufweisen. Die Lochtransportschicht kann Nickel oxid (NiOx) umfassen. Die Lochtransportschicht kann eine Dicke von 10 nm aufweisen. Die Rekombi nationsschicht kann Indiumzinnoxid umfassen. Die Rekombinationsschicht kann eine Dicke von 15 nm aufweisen. Weiterhin kann die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle eine Sili zium-Solarzelle umfassen. Die Silizium-Solarzelle kann eine Dicke von 200 pm aufweisen. Die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle kann eine weitere Rekombinationsschicht auf- weisen. Die weitere Rekombinationsschicht kann Indiumzinnoxid umfassen. Die weitere Rekombinationsschicht kann eine Dicke von 15 nm aufweisen. Die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle kann die weitere Lochtransportschicht aufweisen. Die weitere Lochtransportschicht kann PTAA (poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]) um fassen. Die weitere Lochtransportschicht kann eine Dicke von 5 nm aufweisen. Die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle kann eine Absorberschicht aufweisen. Die Absorber schicht kann Perowskit umfassen. Die Absorberschicht kann eine Dicke von 300 nm auf weisen. Die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle kann eine weitere Elektronentransport schicht aufweisen. Die weitere Elektronentransportschicht kann Zinnoxid (SnCh) umfassen. Die weitere Elektronentransportschicht kann eine Dicke von 10 nm aufweisen. Die zweite Elektrode kann Indiumzinnoxid umfassen. Die zweite Elektrode kann eine Dicke von 100 nm aufweisen. Die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle kann ein weiteres Substrat auf- weisen. Das weitere Substrat kann aus Polyethylennaphthalat hergestellt sein. Das weitere Substrat kann eine Dicke von 125 pm aufweisen. Die vorgeschlagenen Vorrichtungen und die vorgeschlagenen Verfahren weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf.
So können Materialinkompatibilitäten grundsätzlich reduziert werden, und es kann grund sätzlich eine Freiheit in der Wahl der Herstellungsprozesse der einzelnen Schichten gewon nen werden. Eine Limitierung in der Auswahl der Ladungstransportschichten, Elektroden und Rekombinationsschicht durch eine sequenzielle Herstellung kann entfallen. Es ist mög lich, den Perowskit-Absorber der Perowskit-Solarzelle auf eine Silizium-Solarzelle zu lami nieren und dadurch eine Tandem-Perowskit-Silizium-Solarzelle herzustellen. In den beiden separaten Schichtstapeln können wesentlich robustere und stabilere Oxid-Ladungsträger transportschichten eingebaut werden. Auch eine vergrößerte Auswahl von Materialien von weiteren Ladungsträgertransportschichten sowie von Elektroden-, Puffer-, Passivierungs,- Kontakt- und/oder Verkapselungsschichten kann ermöglicht werden. Elektroden-, Puffer- und/oder Passivierungsschichten können grundsätzlich unter der Perowskitschicht des ersten Schichtstapels und/oder des zweiten Schichtstapels mit höheren Temperaturen prozessiert werden. Eigenschaften der Elektroden-, Puffer- und/oder Passivierungsschichten, welche mit höheren Temperaturen prozessiert werden, können grundsätzlich im Vergleich zu Elekt roden-, Puffer- und/oder Passivierungsschichten, welche bei niedrigeren Temperaturen auf einem Schichtstapel prozessiert werden, verbessert sein. Es kann weiterhin grundsätzlich eine verbesserte Langzeitstabilität von Perowskit-basierten Mehrfachsolarzellen erzielt wer den.
Das Laminierungsverfahren ist grundsätzlich besonders geeignet für Aufskalierungspro zesse wie beispielsweise einer Rolle-zu-Rolle-Fertigung. Zudem kann eine Parallelisierung durch die getrennte Herstellung der Schichtstapel erreicht werden. Die größere Materialaus wahl bringt insbesondere eine größere Auswahl an möglichen Prozessen zur Herstellung der Schichten. Durch die Laminierung wird die Prozessauswahl vergrößert. Durch einen Einsatz von Materialien in fester Phase, insbesondere während des Laminierens, sind grundsätzlich skalierbare Prozesse möglich. Homogenitätsprobleme bei Flüssigphasenprozessen können damit vermieden werden. Mehrfachsolarzellen können grundsätzlich bei gleichzeitigem ho hen Durchsatz preiswert hergestellt werden.
Durch die Laminierung werden grundsätzlich neue Solarzellenarchitekturen möglich. Dies eröffnet grundsätzlich die Möglichkeit auf höhere Wirkungsgrade sowie eine verbesserte Stabilität. Dass die Perowskitschicht entweder eine Laminat ausbildende Schicht des ersten Schichtsta pels oder des zweiten Schichtstapels ausbildet, führt grundsätzlich zu einer freien Material auswahl für die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle sowie zu einer freien Auswahl der Abscheidungsverfahren für die Abscheidung der Lochtransportschicht, der Elektronentrans portschicht, der Pufferschicht, der Rekombinationsschicht oder der Elektrode. Grundsätzlich kann auf die Perowskitschicht eine ladungsträgerselektive Schicht, insbesondere die Lochtransportschicht oder die Elektronentransportschicht, und eine Elektrode/Rekombinati onsschicht aufgebracht werden. Durch das Laminieren können die benötigten Schichten zeit lich betrachtet davor und/oder räumlich betrachtet unter der Perowskitschicht hergestellt werden. Dies kann grundsätzlich Inkompatibilitäten minimieren und eine Auswahl von mög lichen Materialien und/oder Herstellungsverfahren für die Schichten der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle vergrößern. Zudem kann die Materialauswahl der weiteren Laminat aus bildenden Schicht grundsätzlich vergrößert werden, da diese nicht zwingend auf der Perowskitschicht hergestellt werden muss, sondern auf jeweils einem der zu laminierenden Schichtstapel appliziert werden kann.
Ausführungsformen der Erfindung
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfol genden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Figuren 1 A bis ID ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Perowskit-ba- sierten Mehrfachsolarzelle;
Figuren 2A bis 2H exemplarische Ausführungsbeispiele des ersten Schichtstapels und des zweiten Schichtstapels;
Figur 3 ein exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Perowskit-basierten
Mehrfachsolarzelle;
Figuren 4A und 4B ein weiteres exemplarisches Ausführungsbeispiel eines ersten Schichtstapels und eines zweiten Schichtstapels einer Perowskit-ba sierten Mehrfachsolarzelle (Figur 4A) und Messdaten des exemplari schen Ausführungsbeispiels (Figur 4B); und
Figuren 5A bis 5H weitere exemplarische Ausführungsbeispiele eines ersten Schichtsta pels und eines zweiten Schichtstapels einer Perowskit-basierten Mehr fachsolarzelle. Figuren 1A bis ID zeigen ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle 110. Die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle 110 ist in Figur IC dargestellt. Figur 1A zeigt einen ersten Schichtstapel 112 und einen zweiten Schichtstapel 114. Figur 1B zeigt das Laminieren des ersten Schichtstapels 112 und des zweiten Schichtstapels 114, und Figur ID zeigt ein exemplarisches Beispiel von Pro zessparametern in einer graphischen Auftragung.
Der erste Schichtstapel 112, wie in Figur 1A dargestellt, ist auf einem Substrat 116 aufge bracht. Der erste Schichtstapel 112 weist eine erste Elektrode 118 auf, welche als Schicht auf dem Substrat 116 ausgebildet sein kann. Weiterhin weist der erste Schichtstapel 112 eine erste Schicht 120 auf. Die erste Schicht 120 kann auf der ersten Elektrode 118 ausgebildet sein. Die erste Schicht 120 kann in diesem Ausführungsbeispiel eine Lochtransportschicht 122 sein. Weiterhin kann in diesem Ausführungsbeispiel der erste Schichtstapel 112 eine Perowskitschicht 124 aufweisen. Die Perowskitschicht 124 kann eine erste abschließende Schicht 126 des ersten Schichtstapels 112 ausbilden.
Der zweite Schichtstapel 114 kann eine zweite Elektrode 128 aufweisen. Weiterhin weist der zweite Schichtstapel 114 eine Absorberschicht 130 auf. Die Absorber Schicht 130 kann auf der zweiten Elektrode 128 ausgebildet sein. Weiterhin weist der zweite Schichtstapel 114 eine Rekombinationschicht 132 auf. Die Rekombinationschicht 132 kann auf der Ab sorberschicht 130 ausgebildet sein. Weiterhin weist der zweite Schichtstapel 114 eine zweite Schicht 134 auf. Die zweite Schicht 134 kann in diesem Ausfuhrungsbeispiel eine Elektro nentransportschicht 136 sein. Die zweite Schicht 134 kann auf der Rekombinationsschicht 132 ausgebildet sein. Die zweite Schicht 134 kann eine zweite abschließende Schicht 138 des zweiten Schichtstapels 114 ausbilden.
Wie in Figur 1B dargestellt, können für die Laminierung der erste Schichtstapel 112 und der zweite Schichtstapel 114 in eine Heißpresse eingebracht werden. Der erste Schichtstapel 112 und der zweite Schichtstapel 114 können derart aufeinander gebracht werden, dass die erste abschließende Schicht 126 des ersten Schichtstapels 112 und die zweite abschließende Schicht 138 des zweiten Schichtstapels 114 aufeinander aufliegen. In Figur 1B sind eine untere Platte 140 und eine obere Platte 142 der Heißpresse dargestellt. Unter Druck und Temperatur kann die Perowskitschicht rekristallisieren, und es kann sich eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem ersten Schichtstapel 112 und dem zweiten Schichtstapel 114 ausbilden.
In Figur IC ist die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle 110 dargestellt. Einfallendes Licht ist schematisch mit Pfeil 144 dargestellt. In Figur ID sind in beispielhafter Weise die Prozessparameter Temperatur T in °C und Druck in MPa in Abhängigkeit von der Zeit t in min graphisch dargestellt. Das Verfahren kann in drei Phasen unterteilt werden. In einer Aufheizphase 146 kann die Temperatur an- steigen. In einer Laminierungsphase 148, in welcher die Rekristallisation der Perowskit- schicht stattfindet, kann die Temperatur im Wesentlichen konstant gehalten werden. Zu Be ginn der Laminierungsphase 148 kann ein Druckanstieg erfolgen. In einer Abkühlphase 150 kann die Temperatur kontinuierlich sinken. Während der Abkühlphase 150 kann der Druck heruntergefahren werden.
Die Figuren 2A bis 2H zeigen exemplarische Ausführungsbeispiele des ersten Schichtsta pels 112 und des zweiten Schichtstapels 114. Der erste Schichtstapel 112 sowie der zweite Schichtstapel 114 entsprechen zumindest teilweise dem ersten Schichtstapel 112 sowie dem zweiten Schichtstapel 114 gemäß Figur 1 A, sodass auf die Beschreibung der Figur 1 A oben verwiesen werden kann.
Der erste Schichtstapel 112 weist in Figur 2A die Elektronentransportschicht 136 auf, und der zweite Schichtstapel 114 weist die Lochtransportschicht 122 auf. Die Lochtransport schicht 122 bildet die zweite abschließende Schicht 138. Die Perowskitschicht 124 bildet die erste abschließende Schicht 126 aus.
In Figur 2B weist der zweite Schichtstapel 114 die Perowskitschicht 124 auf. Die Perowskit schicht 124 bildet die zweite abschließende Schicht 138. Bei dem ersten Schichtstapel 112 bildet die Lochtransportschicht 122 die erste abschließende Schicht 126. Die Elektronen transportschicht 136 bildet die erste abschließende Schicht 126 aus.
Der erste Schichtstapel 112 und der zweite Schichtstapel 114 gemäß Figur 2C entsprechen zumindest weitgehend dem ersten Schichtstapel 112 sowie dem zweiten Schichtstapel 114 gemäß Figur 2B. Hier ist die erste Schicht 120 der Elektronentransportschicht 136 und die zweite Schicht 134 ist die Lochtransportschicht 122.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2D ist die zweite Schicht 134 die Elektronentrans portschicht 136, welche die zweite abschließende Schicht 138 ausbildet. Der erste Schicht stapel 112 weist zwei erste Schichten 120 auf, eine innenliegende Lochtransportschicht 122 und eine Pufferschicht 137. Die Pufferschicht 137 ist auf der Perowskitschicht 124 angeord net und bildet die erste abschließende Schicht 126. Der erste Schichtstapel 112 und der zweite Schichtstapel 114 gemäß Figur 2E entsprechen zumindest weitgehend dem ersten Schichtstapel 112 sowie dem zweiten Schichtstapel 114 gemäß Figur 2D. Hier ist die zweite abschließende Schicht 138 die Lochtransportschicht 122. Der erste Schichtstapel 112 weist zwei erste Schichten 120 auf, eine innenliegende Elektronentransportschicht 136 und die Pufferschicht 137. Die Pufferschicht 137 ist auf der Perowskitschicht 124 angeordnet und bildet die erste abschließende Schicht 126.
In dem Ausfiihrungsbeispiel gemäß Figur 2F weist der erste Schichtstapel 112 die Elektro nentransportschicht 136 auf. Der zweite Schichtstapel 114 weist die Perowskitschicht 124 auf sowie zwei zweite Schichten 134, eine innenliegende Lochtransportschicht 122 und die Pufferschicht 137. Die Pufferschicht 137 bildet die zweite abschließende Schicht 138.
Der erste Schichtstapel 112 und der zweite Schichtstapel 114 gemäß Figur 2G entsprechen zumindest weitgehend dem ersten Schichtstapel 112 sowie dem zweiten Schichtstapel 114 gemäß Figur 2F. Hier ist die erste Schicht 120 die Lochtransportschicht 122. Der zweite Schichtstapel 114 weist die Perowskitschicht 124 auf sowie zwei zweite Schichten 134, eine innenliegende Elektronentransportschicht 136 und die Pufferschicht 137. Die Pufferschicht 137 bildet die zweite abschließende Schicht 138.
Der erste Schichtstapel 112 weist in Figur 2H die Lochtransportschicht 122 auf, und der zweite Schichtstapel 114 weist die Elektronentransportschicht 136 auf. Die Elektronentrans portschicht 136 bildet die zweite abschließende Schicht 138. Die Perowskitschicht 124 bildet die erste abschließende Schicht 126 aus.
Figur 3 zeigt ein exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Perowskit-basierten Mehrfach solarzelle 110. Die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle 110 weist eine zweite Elektrode 128 aus Silber auf mit einer Dicke von 100 nm. Unter einer Silizium-Solarzelle 152 ist die zweite Elektrode 128 aufgebracht. Die Silizium-Solarzelle 152 kann eine Dicke von ca. 300 pm aufweisen. Zwischen der zweiten Elektrode 128 und der Silizium-Solarzelle 152 kann sich eine ITO-Schicht mit einer Schichtdicke von 70 nm befinden (in Figur 3 nicht darge stellt). Auf der Silizium-Solarzelle 152 ist die Rekombinationsschicht 132 mit einer Dicke von 70 nm aufgebracht. Alternativ kann die Rekombinationsschicht 132 eine Dicke von 35 nm aufweisen. Die Rekombinationsschicht 132 kann Indium Zinnoxid umfassen. Auf der Rekombinationsschicht 132 ist eine Lochtransportschicht 122 aufgebracht aus Nickeloxid mit einer Dicke von 20 nm. Auf der Lochtransportschicht 122 ist eine weitere Lochtrans portschicht 122 aufgebracht aus Poly [bis (4-phenyl) (2,4,6-trim-thylphenyl) amin] mit einer Dicke von kleiner als 10 nm. Alternativ kann die weitere Lochtransportschicht 122 2PACz ([2-(9H-carbazol-9-yl)ethyl] Phosphonsäure) aufweisen. Auf der weiteren Lochtransport schicht 122 ist die Perowskitschicht 124 aufgebracht mit einer Dicke von 370 nm. Auf der Perowskitschicht 124 ist die Elektronentransportschicht 136 aus Zinnoxid aufgebracht mit einer Dicke von 20 nm. Die erste Elektrode 118 ist aus Indium Zinnoxid hergestellt und weist eine Dicke von 100 nm bis 150 nm auf. Das Substrat 116 bildet eine Folie aus Po- lyethylennaphthalat mit einer Dicke von 125 pm.
Figur 4A zeigt ein weiteres exemplarisches Ausführungsbeispiel eines ersten Schichtstapels 112 und eines zweiten Schichtstapels 114 einer Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle 110.
Der erste Schichtstapel 112 kann das Substrat 116, die erste Elektrode 118, zwei erste Schichten 120 und die Perowskitschicht 124 aufweisen. Auf dem Substrat 116 kann die erste Elektrode 118 aufgebracht sein. Auf der ersten Elektrode 118 können die zwei ersten Schich ten 120 aufgebracht sein. Auf den zwei ersten Schichten 120 kann die Perowskitschicht 124 aufgebracht sein. Bei den zwei ersten Schichten 120 kann es sich um Elektronentransport schichten 136, insbesondere um zwei im Wesentlichen übereinanderliegenden Elektronen transportschichten 136, handeln.
Das Substrat 116 kann Polyethylennaphthalat (PEN) umfassen. Insbesondere kann das Sub strat 116 eine Folie aus Polyethylennaphthalat (PEN) sein oder umfassen. Das Substrat 116 kann eine Dicke von 125 pm aufweisen.
Die erste Elektrode 118 kann Indium Zinnoxid (ITO) aufweisen. Die erste Elektrode 118 kann eine Dicke von 300 nm aufweisen.
Bei den zwei ersten Schichten 120 kann es sich um zwei Elektronentransportschichten 136, insbesondere um eine erste Elektronentransportschicht 154 und um eine zweite Elektronen transportschicht 156, handeln. Die erste Elektronentransportschicht 154 kann Zinnoxid (SnOx) umfassen. Die erste Elektronentransportschicht 154 kann eine Dicke von 35 nm auf- weisen. Die zweite Elektronentransportschicht 156 kann Fullerene (C60) umfassen. Die zweite Elektronentransportschicht 156 kann eine Dicke von 20 nm aufweisen.
Die Perowskitschicht 124 kann Cso.i(MAo.i7FAo.83)o.9Pb(Io.83Br0.i7)3 umfassen. Die Perowskit schicht 124 kann eine Dicke von 370 nm aufweisen.
Der zweite Schichtstapel 114 kann die zweite Elektrode 128, die Absorberschicht 130, sowie drei zweite Schichten 134 aufweisen. Auf der zweiten Elektrode 128 kann die Absorber- Schicht 130 aufgebracht sein. Auf der Absorber Schicht 130 können die drei zweiten Schich ten 134 aufgebracht sein. Bei den drei zweiten Schichten 134 kann es sich eine Rekombina tionsschicht 132 und um zwei Lochtransportschichten 122, insbesondere um drei im We sentlichen übereinanderliegende zweite Schichten 134, handeln.
Die zweite Elektrode 128 kann Indium Zinnoxid (ITO) aufweisen. Die zweite Elektrode 128 kann eine Dicke von 70 nm aufweisen.
Die Absorberschicht 130 kann eine Silizium-Solarzelle 152 umfassen. Die Silizium-Solar zelle 152 kann folgende Architektur aufweisen: a-Si:H<n>/a-Si:H<i>/c-Si wafer <n>/a- Si:H<i>/a-Si:H<p>. Dabei kann ein Heteroübergang vorliegen. Die Silizium-Solarzelle 152 kann beidseitig poliert sein. Die Silizium-Solarzelle 152 kann eine Dicke von 280 pm auf- weisen.
Auf der Absorberschicht 130 kann die Rekombinationsschicht 132 aufliegen. Die Rekombi nationsschicht 132 kann Indiumzinnoxid (ITO) umfassen. Die Rekombinationsschicht 132 kann eine Dicke von 30 nm aufweisen.
Auf der Rekombinationsschicht 132 können die zwei Lochtransportschichten 122, insbeson dere eine erste Lochtransportschicht 158 und eine zweite Lochtransportschicht 160, auflie gen. Die erste Lochtransportschicht 158 kann auf der Rekombinationsschicht 132 aufliegen und die zweite Lochtransportschicht 160 kann auf der ersten Lochtransportschicht 158 auf liegen. Die erste Lochtransportschicht 158 kann Nickeloxid (NiOx) umfassen. Die erste Lochtransportschicht 158 kann eine Dicke von 20 nm aufweisen. Die zweite Lochtransport schicht 160 kann eine selbstorganisierende Monoschicht umfassen, insbesondere 2PACz ([2-(9H-carbazol-9-yl)ethyl] Phosphonsäure).
Die Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle 110 gemäß Figur 4A kann mit folgenden Lami- nierungsparametern hergestellt sein: 80 MPa, 90 °C, 5 min.
Die Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle 110 gemäß Figur 4A kann insbesondere eine laminierte monolithische Silizium / Perowskit Mehrfachsolarzelle sein. Die Perowskit-ba- sierte Mehrfachsolarzelle 110 gemäß Figur 4A kann einen Wirkungsgrad von 20.6 %, eine Leerlaufspannung von 1.75 V, eine Kurzschlussstromdichte von 16.0 mA/cm2 und einen Füllfaktor von 73.7 % aufweisen. Figur 4B zeigt Messdaten des Ausfiihrungsbeispiels gemäß Figur 4A. Es ist einer Strom dichte J in mA/cm2 in Abhängigkeit einer Spannung U in V dargestellt. Die durchgezogene Linie zeigt eine Rückwärtsmessung, die gestrichelte Linie zeigt eine Vorwärtsmessung.
Aus der J-U Kurve können der oben beschriebene Wirkungsgrad von 20.6 %, die Leer laufspannung von 1.75 V, die Kurzschlussstromdichte von 16.0 mA/cm2 und der Füllfaktor von 73.7 % der einer Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle 110 gelesen werden. Der ma ximale Leistungspunkt liegt bei (1.45 V; 14.2mA/cm2) in Rückwärtsmessung, was einer Aus gangsleistung von 20,6mW/cm2 entspricht.
Die Leerlaufspannung der einer Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle 110 nähert sich der Spannungsaddition der beiden Perowskit- und Silizium-Solarzellen, was zeigt, dass beide Solarzellen zur Leistung beitragen.
Die Stromdichte-Spannungs-Charakteristik einschließlich der geringen Hysterese unter streicht, dass die Perowskitschicht 124 und Silizium-Solarzelle 152 trotz der hohen Tempe ratur und des hohen Drucks, die während des Laminierungsprozesses angewendet werden, von hoher Qualität sind und keine ernsthafte Verschlechterung zu erwarten ist.
Figuren 5A bis 5H zeigen weitere exemplarische Ausführungsbeispiele eines ersten Schichtstapels 112 und eines zweiten Schichtstapels 114 einer Perowskit-basierten Mehr fachsolarzelle 110.
In allen Ausführungsbeispielen gemäß der Figuren 5 A bis 5H kann der erste Schichtstapel 112 das Substrat 116 und die erste Elektrode 118 aufweisen. Auf dem Substrat 116 kann die erste Elektrode 118 aufgebracht sein. Das Substrat 116 kann Glas, insbesondere flexibles Glas, umfassen. Das Substrat 116 kann eine Dicke von 50 pm bis 5 mm, insbesondere von 100 pm bis 250 pm, aufweisen. Die erste Elektrode 118 kann Indiumzinnoxid (ITO) umfas sen. Die erste Elektrode 118 kann eine Dicke von 100 nm bis 500 nm insbesondere von 120 nm bis 300 nm, aufweisen.
In allen Ausführungsbeispielen gemäß der Figuren 5A bis 5H kann der zweite Schichtstapel 114 ein weiteres Substrat 162, die zweite Elektrode 128, die Absorberschicht 130, sowie eine zweite Schicht 134 aufweisen, welche eine Rekombinationsschicht 132 ist.
Das weitere Substrat 162 kann Glas umfassen. Das weitere Substrat 162 kann eine Dicke von 50 pm bis 5 mm, insbesondere von 1 mm, aufweisen. Die zweite Elektrode 128 kann insbesondere Molybdän (Mo) umfassen. Die zweite Elekt rode 128 kann eine Dicke von 0,1 mih bis 2 mih, insbesondere von 0,2 mih bis 1 mih, aufwei sen. Die zweite Elektrode 128 kann zwischen dem weiteren Substrat 162 oder der Absorber schicht 130 angeordnet sein.
Die Absorber Schicht 130 kann eine Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) Solarzelle 164 umfassen. Die CIGS Solarzelle 164 kann eine Dicke von 1 mih bis 5 mih aufweisen. Eine Oberfläche 168 der CIGS Solarzelle 164 kann eine quadratische Rauheit von 1 nm bis 2 mih aufweisen. Die Oberfläche 168 kann eine, dem weiteren Substrat 162 abgewandte Oberflä che sein. Die zweite Schicht 134, insbesondere die Rekombinationsschicht 132, kann auf der Oberfläche 168 der CIGS Solarzelle 164 mit einer Dicke von 1 gm bis 5 gm aufliegen.
Die Rekombinationsschicht 132 kann Indiumzinnoxid (ITO) umfassen. Die Rekombinati onsschicht 132 kann eine Dicke von 15 nm bis 100 nm, insbesondere von 30 nm bis 70 nm, aufweisen.
Die ersten Schichtstapel 122 und die zweiten Schichtstapel 114 der Ausführungsbeispiele gemäß der Figuren 5A bis 5H können darüber hinaus jeweils noch weitere Schichten umfas sen, insbesondere mindestens eine Perowskitschicht 124 mit einer Dicke von 100 nm bis 2 gm, insbesondere von 300 nm bis 800 nm, eine Lochtransportschicht 122 und eine Elektro nentransportschicht 136.
Die Lochtransportschicht 122 kann Nickeloxid (NiOx) umfassen. Die Lochtransportschicht 122 aus Nickeloxid (NiOx) kann eine Dicke von 10 nm bis 50 nm, insbesondere von 20 nm bis 30 nm, aufweisen. Darüber hinaus kann die Lochtransportschicht 122 eine selbstorgani sierende Monoschicht umfassen, insbesondere 2PACz ([2-(9H-carbazol-9-yl)ethyl] Phos- phonsäure).
Die Elektronentransportschicht 136 kann Zinnoxid (SnOx) umfassen und eine Dicke von 10 nm bis 50 nm, insbesondere von 30 nm bis 40 nm, aufweisen. Darüber hinaus kann die Elektronentransportschicht 136 Fullerene (C60) umfassen und eine Dicke von 10 nm bis 30 nm, insbesondere von 20 nm bis 25 nm aufweisen.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5A kann der erste Schichtstapel 112 die Lochtransportschicht 122 und die Perowskitschicht 124 umfassen. Die Lochtransportschicht 122 kann auf der ersten Elektrode 118 aufliegen. Die Perowskitschicht 124 kann auf der Lochtransportschicht 122 aufliegen. Weiterhin kann in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5A der zweite Schichtstapel 114 die Elektronentransportschicht 136 umfassen. Die Elektronentransportschicht 136 kann auf der Rekombinationsschicht 132 aufliegen.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5B kann der erste Schichtstapel 112 die Elektro nentransportschicht 136 und die Perowskitschicht 124 umfassen. Die Elektronentransport schicht 136 kann auf der ersten Elektrode 118 aufliegen. Die Perowskitschicht 124 kann auf der Elektronentransportschicht 136 aufliegen.
Weiterhin kann in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5B der zweite Schichtstapel 114 die Lochtransportschicht 122 umfassen. Die Lochtransportschicht 122 kann auf der Rekom binationsschicht 132 aufliegen.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5C kann der erste Schichtstapel 112 die Lochtrans portschicht 122 umfassen. Die Lochtransportschicht 122 kann auf der ersten Elektrode 118 aufliegen.
Weiterhin kann in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5C der zweite Schichtstapel 114 die Elektronentransportschicht 136 sowie die Perowskitschicht 124 umfassen. Die Elektro nentransportschicht 136 kann auf der Rekombinationsschicht 132 aufliegen. Die Perowskit schicht 124 kann auf der Elektronentransportschicht 136 aufliegen.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5D kann der erste Schichtstapel 112 die Elektro nentransportschicht 136 umfassen. Die Elektronentransportschicht 136 kann auf der ersten Elektrode 118 aufliegen.
Weiterhin kann in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5D der zweite Schichtstapel 114 die Lochtransportschicht 122 sowie die Perowskitschicht 124 umfassen. Die Lochtransport schicht 122 kann auf der Rekombinationsschicht 132 aufliegen. Die Perowskitschicht 124 kann auf der Lochtransportschicht 122 aufliegen.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5E kann der erste Schichtstapel 112 die Lochtrans portschicht 122 sowie die Perowskitschicht 124 umfassen. Die Lochtransportschicht 122 kann auf der ersten Elektrode 118 aufliegen. Die Perowskitschicht 124 kann auf der Lochtransportschicht 122 aufliegen.
Weiterhin kann in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5E der zweite Schichtstapel 114 die Elektronentransportschicht 136 sowie eine weitere Perowskitschicht 166 umfassen. Die Elektronentransportschicht 136 kann auf der Rekombinationsschicht 132 aufliegen. Die wei tere Perowskitschicht 166 kann auf der Elektronentransportschicht 136 aufliegen.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5F kann der erste Schichtstapel 112 die Elektro nentransportschicht 136 sowie die Perowskitschicht 124 umfassen. Die Elektronentransport schicht 136 kann auf der ersten Elektrode 118 aufliegen. Die Perowskitschicht 124 kann auf der Elektronentransportschicht 136 aufliegen.
Weiterhin kann in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5F der zweite Schichtstapel 114 die Lochtransportschicht 122 sowie die weitere Perowskitschicht 166 umfassen. Die Lochtransportschicht 122 kann auf der Rekombinationsschicht 132 aufliegen. Die weitere Perowskitschicht 166 kann auf der Lochtransportschicht 122 aufliegen.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5G kann der erste Schichtstapel 112 die Lochtransportschicht 122 umfassen. Die Lochtransportschicht 122 kann auf der ersten Elekt rode 118 aufliegen.
Weiterhin kann in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5G der zweite Schichtstapel 114 die Elektronentransportschicht 136, die Perowskitschicht 124 sowie die weitere Perowskit schicht 166 umfassen. Die Elektronentransportschicht 136 kann auf der Rekombinations schicht 132 aufliegen. Die Perowskitschicht 124 kann auf der Elektronentransportschicht 136 aufliegen. Die weitere Perowskitschicht 166 kann auf der Perowskitschicht 124 auflie gen. Die Perowskitschicht 124 und die weitere Perowskitschicht 166 können nacheinander durch sequentielle Laminierung aufgebracht sein.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5H kann der erste Schichtstapel 112 die Elektro nentransportschicht 136 umfassen. Die Elektronentransportschicht 136 kann auf der ersten Elektrode 118 aufliegen.
Weiterhin kann in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5H der zweite Schichtstapel 114 die Lochtransportschicht 122, die Perowskitschicht 124 sowie die weitere Perowskitschicht 166 umfassen. Die Lochtransportschicht 122 kann auf der Rekombinationsschicht 132 auf liegen. Die Perowskitschicht 124 kann auf der Lochtransportschicht 122 aufliegen. Die wei tere Perowskitschicht 166 kann auf der Perowskitschicht 124 aufliegen. Liste der Bezugszeichen
110 Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle
112 erster Schichtstapel
114 zweiter Schi chtstapel
116 Substrat
118 erste Elektrode
120 erste Schicht
122 Lochtransportschicht
124 Perowskitschicht
126 erste abschließende Schicht
128 zweite Elektrode
130 Absorber Schicht
132 Rekombinationsschicht
134 zweite Schicht
136 Elektronentransportschicht
137 Pufferschicht
138 zweite abschließende Schicht
140 untere Platte
142 obere Platte
144 Pfeil
146 Aufheizphase
148 Laminierungsphase
150 Abkühlphase
152 Silizium-Solarzelle
154 erste Elektronentransportschicht
156 zweite Elektronentransportschicht
158 erste Lochtransportschicht
160 zweite Lochtransportschicht
162 weiteres Substrat
164 CIGS Solarzelle
166 weitere Perowskitschicht
168 Oberfläche

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle (110), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Herstellen eines ersten Schichtstapels (112), wobei der erste Schichtstapel (112) mindestens ein Substrat (116), mindestens eine erste Elektrode (118) und mindestens eine erste Schicht (120) aufweist. b) Herstellen eines zweiten Schichtstapels (114), wobei der zweite Schichtstapel (114) mindestens eine Absorber Schicht (130) und mindestens eine zweite Schicht (134) aufweist; wobei in Schritt a) eine Perowskitschicht (124) in den ersten Schichtstapel (112) eingebracht wird oder in Schritt b) die Perowskitschicht (124) in den zweiten Schichtstapel (114) eingebracht wird, wobei das Verfahren weiterhin die folgen den Schritte aufweist: c) Aufbringen des ersten Schichtstapels (112) auf den zweiten Schichtstapel (114); d) Laminieren des ersten Schichtstapels (112) mit dem zweiten Schichtstapel (114), derart, dass sich mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer mechanischen, einer elektrischen Verbindung, zwischen dem ersten Schichtstapel (112) und dem zweiten Schichtstapel (114) ausbildet, wobei die Perowskit-Silizium-Mehrfachsolarzelle (110) gebildet wird; wobei die erste Schicht (120) und die zweite Schicht (134) jeweils ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: einer Lochtransportschicht (122), einer Elektronentrans portschicht (136), einer Pufferschicht (137), einer Rekombinationsschicht (132), einer Elektrodenschicht, wobei die Perowskitschicht (124) entweder eine Laminat ausbil dende Schicht des ersten Schichtstapels (112) oder des zweiten Schichtstapels (114) ausbildet.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der zweite Schichtstapel (114) mindestens eine zweite Elektrode (128) aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Schichtstapel (112) eine erste abschließende Schicht (126) aufweist, wobei der zweite Schichtstapel (114) eine zweite abschließende Schicht (138) aufweist, wobei in Schritt c) der erste Schichtstapel (112) auf dem zweiten Schichtstapel (114) derart aufgebracht wird, dass die erste abschließende Schicht (126) des ersten Schichtstapels (112) und die zweite abschließende Schicht (138) des zweiten Schichtstapels (114) aufeinander aufliegen.
4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Perowskitschicht (124) die erste abschließende Schicht (126) ausbildet, wobei die Elektronentransportschicht (136) oder die Lochtransportschicht (122) die zweite abschließende Schicht (138) aus bildet, oder umgekehrt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (116) und/oder mindestens eine Schicht des ersten Schichtstapels (112) und/oder des zweiten Schichtstapels (114) eine texturierte Oberfläche mit mindestens einer Textur aufwei sen.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die texturierte Oberfläche eine quadratische Rauheit von größer als 2 nm, insbesondere von größer als 250 nm auf weist.
7. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die texturierte Oberfläche einen Abstand zwischen einem höchsten und einem niedrigsten Punkt von 20 nm bis 100 pm, insbesondere von 500 nm bis 10 pm, aufweist.
8. Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Seite der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle (110) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer dem Sonnenlicht ausgesetzten Außenseite der Perowskit-basier ten Mehrfachsolarzelle, einer Rückseite der Perowskit-basierten Mehrfachsolarzelle; die texturierte Oberfläche aufweist.
9. Verfahren nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei die Textur eine Na- notexturierung oder eine Mikrotexturierung ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (116) und/oder mindestens eine Schicht des ersten Schichtstapels (112) und/oder des zweiten Schichtstapels (114) mindestens eine raue Oberfläche aufweist.
11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die raue Oberfläche eine quad ratische Rauheit von 1 nm bis 2 pm, insbesondere von 50 nm bis 300 nm, aufweist.
12. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die raue Ober fläche einen Abstand zwischen einem höchsten und einem niedrigsten Punkt von 1 nm bis 10 pm, insbesondere von 10 nm bis 1 pm, aufweist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Perowskit-Schicht (124) mittels mindestens eines Verfahrens auf den ersten Schichtstapel (112) oder auf den zweiten Schichtstapel (114) aufgebracht wird, ausgewählt aus der Gruppe beste hend aus: thermische Verdampfung, Rotationsbeschichtung, Rakelbeschichtung, Tin tenstrahldruck, Sprühbeschichtung, Schlitzdüsenbeschichtung, Walzenbeschichtung, Tiefdruckverfahren.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor Durchführung des Schritts d) das Perowskit der Perowskitschicht (124) in fester Phase vorliegt.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei den Schritten a)-d) um kleberfreie Verfahrensschritte handelt.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Perowskitschicht (124) eine Schichtdicke von 800 nm bis 10 pm aufweist.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Perowskitschicht (124) als eine planare Schicht ausgebildet wird.
18. Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle (110), wobei die Perowskit-basierte Mehrfach solarzelle (110) umfasst:
- mindestens einen ersten Schichtstapel (112), wobei der erste Schichtstapel (112) mindestens eine erste Elektrode (118) und mindestens eine erste Schicht (120) aufweist;
- mindestens einen zweiten Schichtstapel (114), wobei der zweite Schichtstapel (114) mindestens eine Absorber Schicht (130) und mindestens eine zweite Schicht (134) aufweist; wobei der erste Schichtstapel (112) aufgebracht ist auf den zweiten Schichtstapel (114), wobei der erste Schichtstapel (112) mit dem zweiten Schichtstapel (114) derart laminiert ist, dass mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer mechanischen, einer elektrischen Verbindung, zwischen dem ersten Schicht stapel (112) und dem zweiten Schichtstapel (114) ausbildet ist, wobei die erste Schicht (120) und die zweite Schicht (134) jeweils ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: einer Lochtransportschicht (122), einer Elektronentransportschicht (136), einer Pufferschicht (137), einer Rekombinationsschicht (132), einer Elektrodenschicht, wo bei der erste Schichtstapel (112) oder der zweite Schichtstapel (114) eine Perowskit- schicht (124) aufweist, wobei die Perowskitschicht (124) entweder eine Laminat aus bildende Schicht des ersten Schichtstapels (112) oder des zweiten Schichtstapels (114) ausbildet.
19. Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Schichtstapel (16) weiterhin mindestens ein Substrat (116) aufweist.
20. Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Substrat (116) Glas umfasst, wobei die erste Elektrode (118) Indiumzinno xid (ITO) umfasst, wobei der zweite Schichtstapel (114) ein weiteres Substrat (162) umfasst, wobei das weitere Substrat (162) Glas umfasst, wobei die zweite Schicht (134) eine Rekombinationsschicht (132) ist, wobei die Rekombinationschicht (132) Indiumzinnoxid (ITO) umfasst, wobei die Absorberschicht (130) eine Kupfer-Indium- Gallium-Diselenid (CIGS) Solarzelle (164) umfasst, wobei der zweite Schichtstapel (114) weiterhin eine zweite Elektrode (128) umfasst, wobei die zweite Elektrode (128) Molybdän (Mo) aufweist.
21. Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Oberfläche der CIGS Solarzelle (164) eine quadratische Rauheit von 1 nm bis 2 pm aufweist.
22. Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle (110) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle (110) weiterhin mindes tens eine Lochtransportschicht (122) umfasst, wobei die Lochtransportschicht (122) Nickeloxid oder eine selbstorganisierende Monoschicht umfasst, wobei die Perowskit- basierte Mehrfachsolarzelle (110) weiterhin mindestens eine Elektronentransport schicht (136) umfasst, wobei die Elektronentransportschicht (136) Zinnoxid oder Ful- lerene umfasst.
23. Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle (110) nach Anspruch 19, wobei der erste Schichtstapel (122) zwei der ersten Schichten (120) und die Perowskitschicht (124) aufweist, wobei die zwei ersten Schichten (120) eine erste Elektronentransportschicht (154) und eine zweite Elektronentransportschicht (156) umfassen, wobei die erste Elektronentransportschicht ( 154) Zinnoxid umfasst, wobei die zweite Elektronentrans portschicht (156) Fullerene umfasst, wobei das Substrat (116) Polyethylennaphthalat (PEN) umfasst, wobei die erste Elektrode (118) Indiumzinnoxid (ITO) umfasst, wobei der zweite Schichtstapel (114) weiterhin eine zweite Elektrode (128) umfasst, wobei die zweite Elektrode (128) Indiumzinnoxid (ITO) aufweist, wobei der zweite Schicht- Stapel (114) weiterhin drei zweite Schichten (134) aufweist, wobei die drei zweiten
Schichten (134) eine erste Lochtransportschicht (158), eine zweite Lochtransport schicht (160) und eine Rekombinationsschicht (132) umfassen, wobei die erste Lochtransportschicht (158) Nickeloxid umfasst, wobei die zweite Lochtransport schicht (160) eine selbstorganisierende Monoschicht umfasst, wobei die Rekombina- tionsschicht (132) Indiumzinnoxid (ITO umfasst, wobei die Absorber Schicht (130) eine Silizium-Solarzelle (152) umfasst.
24. Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Silizium-Solarzelle (152) beidseitig poliert ist.
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