Im Jahr 2009, als Kalzit-Dünnschichtzellen auf den Markt kamen, lag der Umwandlungswirkungsgrad bei nur 3,8 %. Dieser stieg jedoch sehr schnell an. Im Jahr 2018 lag der Laborwirkungsgrad bei über 23 %. Die grundlegende Molekülformel einer Chalkogenidverbindung lautet ABX3, und die Position A ist üblicherweise ein Metallion wie Cs+ oder Rb+ oder eine organische funktionelle Gruppe wie (CH3NH3;), [CH (NH2)2]+; die Position B ist üblicherweise ein zweiwertiges Kation wie Pb2+ und Sn2+; die Position X ist üblicherweise ein Halogenanion wie Br-, I-, Cl-. Durch Veränderung der Komponenten der Verbindungen lässt sich die verbotene Bandbreite von Chalkogenidverbindungen zwischen 1,2 und 3,1 eV einstellen. Die hocheffiziente Photovoltaikumwandlung von Chalkogenidzellen bei kurzen Wellenlängen, überlagert mit Zellen mit herausragender Umwandlungsleistung bei langen Wellenlängen, wie etwa heterogenen kristallinen Siliziumzellen, kann theoretisch eine Photovoltaikumwandlungseffizienz von über 30 % erreichen und damit die Grenze der theoretischen Umwandlungseffizienz von kristallinen Siliziumzellen von 29,4 % durchbrechen. 2020 hat diese gestapelte Batterie im Berliner Labor von Heimholtz, Deutschland, bereits eine Umwandlungseffizienz von 29,15 % erreicht, und die gestapelte Chalkogenid-kristalline Siliziumzelle gilt als eine der wichtigsten Batterietechnologien der nächsten Generation.
Die Chalkogenidfilmschicht wurde in einem zweistufigen Verfahren hergestellt: Zunächst wurden poröse Pbl2- und CsBr-Filme durch Ko-Verdampfung auf der Oberfläche von Heteroübergangszellen mit flauschiger Oberfläche abgeschieden und dann durch Spin-Coating mit einer Organohalogenidlösung (FAI, FABr) bedeckt. Die organische Halogenidlösung dringt in die Poren des aufgedampften anorganischen Films ein und reagiert und kristallisiert dann bei 150 Grad Celsius, um eine Chalkogenidfilmschicht zu bilden. Die Dicke des so erhaltenen Chalkogenidfilms betrug 400–500 nm, und er wurde zur optimalen Stromanpassung in Reihe mit der darunterliegenden Heteroübergangszelle geschaltet. Die Elektronentransportschichten auf dem Chalkogenidfilm bestehen aus LiF und C6O, die nacheinander durch thermische Gasphasenabscheidung erhalten wurden, gefolgt von der atomaren Lagenabscheidung einer Pufferschicht, SnO2 und Magnetronsputtern von TCO als transparente Frontelektrode. Die Zuverlässigkeit dieser gestapelten Zelle ist besser als die der Chalkogenid-Einzelschichtzelle, die Stabilität des Chalkogenidfilms gegenüber den Umwelteinflüssen von Wasserdampf, Licht und Wärme muss jedoch noch verbessert werden.
Veröffentlichungszeit: 20. Oktober 2023