Gli assorbitori di silicio convertono principalmente la parte rossa dello spettro solare in modo molto efficace in energia elettrica, mentre le porzioni blu sono parzialmente perse sotto forma di calore. Per ridurre questa perdita, la cella al silicio può essere combinata con una cella solare aggiuntiva che converte principalmente le porzioni blu.

I team di HZB hanno già acquisito una vasta esperienza con questo tipo di celle tandem. Un complemento particolarmente efficace al silicio convenzionale è il materiale ibrido chiamato perovskite. Ha una banda proibita di 1,6 elettronvolt con componenti organici e inorganici. Però, è molto difficile fornire allo strato di perovskite un contatto frontale trasparente. Mentre la deposizione per polverizzazione dell'ossido di indio e stagno (ITO) è una pratica comune per le celle solari in silicio inorganico, questa tecnica distrugge i componenti organici di una cellula di perovskite.

Ora un gruppo guidato dal Prof. Norbert Nickel ha introdotto una nuova soluzione. Il Dr. Marc Gluba e lo studente di dottorato Felix Lang hanno sviluppato un processo per coprire uniformemente lo strato di perovskite con grafene. Il grafene è costituito da atomi di carbonio che si sono disposti in un reticolo a nido d'ape bidimensionale formando un film estremamente sottile, altamente conduttivo e altamente trasparente.

Come primo passo, gli scienziati promuovono la crescita del grafene su un foglio di rame da un'atmosfera di metano a circa 1000 gradi Celsius. Per i passaggi successivi, stabilizzano lo strato fragile con un polimero che protegge il grafene dalla fessurazione. Nel passaggio successivo, Felix Lang incide via la lamina di rame. Ciò gli consente di trasferire il film di grafene protetto sulla perovskite. "Questo avviene normalmente in acqua. Il film di grafene galleggia sulla superficie e viene ripescato dalla cella solare, per così dire. Però, in questo caso questa tecnica non funziona, perché le prestazioni della perovskite si degradano con l'umidità. Quindi abbiamo dovuto trovare un altro liquido che non attaccasse la perovskite, eppure è il più simile possibile all'acqua", spiega Gluba.

Le misurazioni successive hanno mostrato che lo strato di grafene è un contatto frontale ideale sotto diversi aspetti. Grazie alla sua elevata trasparenza, nessuna dell'energia della luce solare viene persa in questo strato. Ma il vantaggio principale è che non ci sono perdite di tensione a circuito aperto, che si osservano comunemente per gli strati ITO sputterati. Ciò aumenta l'efficienza complessiva di conversione. "Questa soluzione è relativamente semplice ed economica da implementare", dice Nickel. "Per la prima volta, siamo riusciti a implementare il grafene in una cella solare a perovskite. Questo ci ha permesso di costruire un dispositivo tandem ad alta efficienza."