Wissenschaftler des belgischen Forschungsinstituts Imec haben ein Tandem aus kristallinem und Perowskitmodul mit einem Wirkungsgrad von 23,9 Prozent hergestellt. Um das zu erreichen, haben sie zwei Neuheiten eingesetzt.
In den Labors des belgischen Forschungsinstituts Imec in Leuven haben Wissenschaftler einen neue Bestmarke für Perowskitsolarzellen erreicht. Die Rekordzelle ist eine kristalline Solarzelle, auf die eine Schicht des neuen Hoffnungsträgers der Photovoltaik gedruckt ist. Das kleine Tandem mit einer Größe von vier Quadratzentimetern erreichte eine Effizienz von 23,9 Prozent.
Optische Eigenschaften verbessert
Damit haben sie den bisherigen Rekord von 20,2 Prozent um fast drei Prozent übertroffen. Diesen haben ebenfalls die Forscher des Imec zusammen mit ihren Kollegen von Solliance, einem Forschungsinstitut, das sich auf Dünnschichttechnologien spezialisiert hat, im vergangenen Jahr aufgestellt. Damals haben sie drei semitransparente Perowskitschichten auf eine rückseitig kontaktierte kristalline Solarzelle aufgebracht. „Zwei Innovationen sind der Schlüssel für das jetzt erreichte Ergebnis“, erklärt Tom Aernouts. Er leitete am Imec und bei Solliance die Forschung an der Dünnschichtphotovoltaik. „Zunächst haben wir ein neues Perowskitmaterial genutzt und damit nicht nur die Stabilität verbessert, sondern auch den Wirkungsgrad des vier Quadratzentimeter großen semitransparenten Perowskitmoduls auf 15,3 Prozent gesteigert. Außerdem haben wir die Architektur des Stapels auf minimale optische Verluste durch eine zusätzliche Antireflexschicht auf der Oberfläche des Moduls reduziert.“ Die optische Verbesserung des Tandems geht noch weiter. Die Forscher haben zusätzlich eine Flüssigkeit zwischen der Perowskitschicht und der kristallinen Zelle eingefügt. Diese Flüssigkeit passt den Brechungsindex des Lichts, das durch die Perowskitschicht strömt, an und lenkt es optimal auf den darunter liegenden Siliziumhalbleiter.
An der Effizienz kristalliner Module gekratzt
Die Belgier haben mit ihrem neuen Bestwert für ein solches Silizium-Perowskit-Tandemmodul den Wirkungsgrad von kristallinen Solarzellen geknackt. Damit ist die Technologie zwar noch nicht wettbewerbsfähig oder gar marktreif. Für den Teil der Solarbranche, der auf diese Technologie baut, ist es dennoch ein echter Meilenstein. Zumal damit gezeigt wird, welches Potenzial der Wirkungsgradsteigerung in den Perowskiten steckt.
Die Perowskite gelten auch als potenzieller Ablöser der organischen Photovoltaik oder werden diese zumindest ergänzen. Denn sie bringen die gleichen Eigenschaften mit: gutes Schwachlichtverhalten, einfach und potenziell preiswert herzustellen, Freiheit in Form und Farbe. Mit diesem Halbleitermaterial können auch semitransparente Solarelemente hergestellt werden – dann natürlich nicht als Tandem zusammen mit einer kristallinen Solarzelle, sondern direkt auf Glas oder eine transparente Folie gedruckt. Bisher werden die Perowskite allerdings noch nicht hergestellt. Die Entwickler der Technologie haben noch mehrere Probleme zu lösen. Vor allem die Stabilität der Halbleiter lässt noch zu Wünschen übrig, wobei es hierfür auch schon Lösungsansätze gibt, die die Hoffnung nähren, dass in absehbarer Zeit die ersten Perowskitmodule auf den Markt kommen könnten. (su)
