Die renommierteste Fachzeitschrift Nature Energy veröffentlichte einen Artikel deutscher Wissenschaftler über die Entwicklung einer Technologie für die skalierbare Produktion der heute fortschrittlichsten Perowskit-Solarzellen. Wir sprechen von einer vollständig perowskitischen Tandemsolarzelle, deren beide Schichten die kristallinen Strukturen nur dieser Mineralien enthalten. Das bedeutet, dass solche Elemente einfach und schnell hergestellt werden können, ohne dass ein ziemlich hoher Wirkungsgrad verloren geht.
Tandem-Solarzellen ermöglichen den Betrieb von Zellen über ein breiteres Energiespektrum. Beispielsweise absorbiert die obere Siliziumschicht Rot- und Infrarotspektren, während die untere Perowskitschicht Blau und Grün absorbiert. Letzte Woche stellten solche Tandem-Perowskit-Zellen einen Effizienzrekord auf, als der Wirkungsgrad von Photovoltaikzellen zum ersten Mal in der Geschichte 30 % überstieg (für eine Zelle von 1 cm2, was wichtig ist, da der Wirkungsgrad mit zunehmender Größe abnimmt). Das Ergebnis ist verblüffend, wobei zu bedenken ist, dass eine der Schichten dieses Elements aus Silizium besteht, mit allen daraus resultierenden Produktionsmerkmalen, einschließlich einer teuren Verarbeitung.
In einer neuen Studie haben sich Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) zum Ziel gesetzt, eine Tandemzelle ausschließlich aus Perowskit-Mineralen mit unterschiedlichen Bandlücken herzustellen, die es ermöglichen würden, dass die oberen und unteren Schichten der Zelle mit unterschiedlichen Spektren arbeiten und das vermeiden Verwendung von Silizium. Das Ergebnis war so gut, dass die Wissenschaftler die Entwicklung als direkten Weg zur Massenproduktion von reinen Perowskit-Tandemzellen bezeichneten.
Durch eine Kombination aus mechanischem Auftragen von Lösungen und Vakuumabscheidung schufen die Forscher eine Zelle, die bei einer Nettofläche der Fotozelle von 12.25 cm2 (ohne Rahmen und Kontaktelektroden) einen Wirkungsgrad von 19.1 % aufwies. Bei der Herstellung des gleichen Elements mit einer Fläche von 0.1 cm2 betrug der Wirkungsgrad 23.5%. Die mehrfache Skalierung des Herstellungsprozesses führte nur zu einem unvollständigen Wirkungsgradabfall von 5 %. Dies bedeutet, dass die Prozesstechnologie ohne signifikante Effizienzverluste auf die Masse skaliert werden kann. Gleichzeitig bleiben die Hauptvorteile der Herstellung von Perowskit-Zellen erhalten – die Verarbeitung mit flüssigen Lösungen und damit die Möglichkeit, photovoltaische Oberflächen mit komplexen Formen und auf einem flexiblen Substrat herzustellen.
Bildquelle: Bahram Abdollahi Nejand, KIT
Quelle: Karlsruher Institut für Technologie. Die Forschung ist bei Nature Energy unter https://rdcu.be/cRW93 frei verfügbar.
