Dreifach-Solarzelle aus Australien stellt neuen Effizienzrekord auf
Solarenergie ist ein wichtiges Element der Energiewende. Umso mehr Aufmerksamkeit sollte neuen technischen und wissenschaftlichen Entwicklungen in diesem Bereich zukommen. So ist es einem Forschungsteam der Universität Sydney etwa gelungen, einen neuen Rekord aufzustellen: Die Forscher:innen entwickelten die bislang größte und effizienteste Perwoskit-Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle mit dreifacher Verbindung. Diese weist eine besonders hohe Effizienz auf und ist zudem erstaunlich stabil.
Neuer Meilenstein in der Solartechnik
Das Team wurde von Professorin Anita Ho-Baillie vom Nano Institute und der School of Physics der Universität Sydney. Die von den Forscher:innen entwickelte Solarzelle erreichte bei einer Fläche von 16 Quadratzentimetern im stationären Betrieb eine Leistungsumwandlungseffizienz von 23,3 Prozent, was der höchste jemals gemessene Wert für eine großflächige Zelle dieser Art ist. Dieses Ergebnis wurde bereits von unabhängiger Stelle zertifiziert.
In einem kleineren Maßstab mit einer Fläche von 16 Quadratzentimetern konnte die Zelle bereits eine Effizienz von 27,06 Prozent erreichen und so neue Maßstäbe in Sachen thermische Stabilität setzen. Es handelt sich zudem um die weltweit erste Solarzelle, die den Thermocycling-Test der Internationalen Elektrotechnischen Kommission bestand. Bei diesem Gerät werden Geräte über 200 Zyklen einer extremen Temperaturschwankung zwischen -40 und 85 Grad Celsius ausgesetzt.
Neue Innovationen führen zu Effizienzrekord
Bei einer Dreifach-Solarzelle werden drei miteinander verbundene Halbleiterschichten kombiniert. Jede Schicht absorbiert dabei einen unterschiedlichen Wellenbereich des Sonnenlichts. So kann die Energie, die direkt in Elektrizität umgewandelt wird, effektiv maximiert werden. Laut Ho-Baillie basiert der Fortschritt bei der neuen Zelle auf eine neue chemische Zusammensetzung des Perwowskit-Materials sowie ein überarbeitetes Zelldesign. Das Zusammenspiel dieser beiden Faktoren habe zu einer Verbesserung sowohl der Leistung als auch der Widerstandsfähigkeit geführt. Mit ihrer Arbeit demonstrierten die Forscher:innen, dass große, stabile Perowskit-Bauelemente möglich sind und noch enormes Potential zur Steigerung der Effizienz aufweisen.
Bislang kommt in Zellen dieser Art Methyammonium zum Einsatz. Da dieses allerdings nicht sehr stabil ist, ersetzte das Team es durch Rubidium. Das Ergebnis war ein stabileres Perowskit-Gitter, das weniger Anfälligkeit für Defekte und Degradation aufweist. Außerdem optimierten die Forscher:innen die Oberfläche der Zellen, indem sie das üblicherweise verwendete Lithiumfluorid durch Piperaziniumdichlorid ersetzten. Bei der Verbindung der beiden Perowskit-Schichten kam eine eigens entwickelte Beschichtung aus Goldnanopartikeln zum Einsatz, die sowohl den Stromfluss als auch die Absorption des Lichts verbessert. Die von den Forscher:innen eingeführten Innovationen bei der Entwicklung der Zelle führen dazu, dass diese auch über einen längeren Zeitraum und bei hoher Belastung einen hohen Wirkungsgrad erzielen kann.
Kommen Perowskit-Solarzellen dichter an die Praxistauglichkeit?
Perwoskite sind Teil einer neuen Generation von Photovoltaik-Materialien und besonders für die Massenproduktion von Solarzellen interessant, da sie relativ günstig hergestellt werden und zudem in mehreren Schichten mit Silizium kombiniert werden können. Sie ermöglichen damit eine deutlich höhere Absorption bei Solarzellen. Allerdings gestaltet es sich aktuell noch schwierig, die Herstellungsprozesse für Solarzellen mit Perowskit über die Herstellung im Labor hinaus zu skalieren sowie die Stabilität der Zellen unter Bedingungen zu gewährleisten, wie sie bei realen Einsätzen herrschen. Die Arbeit der Forscher:innen aus Sydney könnte ein wichtiger Schritt sein, um Perowskit-Solarzellen bereit für den Einsatz im großen Stil zu machen.
„Das ist das bisher größte vorgestellte Perowskit-Gerät mit Dreifachverbindung, das von unabhängigen Labors gründlich getestet und zertifiziert wurde. Wir sind jetzt noch zuversichtlicher, dass die Technologie für den praktischen Einsatz skaliert werden kann„, fasst Anita Ho-Baillie zusammen.
