Solarzellen aus Perowskiten gehören zu den Hoffnungsträgern der Photovoltaikindustrie. Sie schaffen höhere Wirkungsgrade, haben die Forschungslabore aber noch nicht verlassen. Eine neue Absorberschicht verspricht jetzt Vorteile in der Massenfertigung.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom lichttechnischen Institut des Karlsruher Instituts für Technologie haben eine neue, hocheffiziente Lochleiterschicht aus Nickeloxid entwickelt. Sie ist großflächig abscheidbar und erhöht bei Perowskite-Solarzellen die Effizienz.
Mit Wirkungsgraden von über 24 Prozent im Labor gehören Perowskit-Solarzellen heute zu den effizientesten Dünnschichttechnologien der Photovoltaik. Sie versprechen im Vergleich zu den Silizium-Solarzellen, die derzeit den Markt dominieren, eine deutlich günstigere und einfachere Herstellung.
Trifft Sonnenlicht auf den Perwoskit-Absorber, lösen sich dort Elektronen aus ihrem gebundenen Zustand und werden energetisch angeregt. Gleichzeitig bleiben positiv geladene Fehlstellen als Löcher zurück. Um Energie aus der Solarzelle entnehmen zu können, müssen diese Elektronen und Löcher an unterschiedlichen Seiten des Absorbers abgeführt werden. In Perowskit-Solarzellen geschieht dies durch selektive Ladungsträgerschichten, also Membranen, die entweder nur die Elektronen oder nur die Löcher passieren lassen. Damit erfordern effiziente Perowskit-Solarzellen nicht nur eine Optimierung der lichtabsorbierenden Perowskit-Schicht, sondern auch der ladungsträgerselektiven Schichten.
Stabiler bei hohen Temperaturen
Die Schicht auf Basis von Nickeloxid ist nicht nur kostengünstig, sondern auch im Gegensatz zu den üblichen organischen Materialien unempfindlicher gegenüber Temperaturen von mehr als 70 Grad Celsius. Um sie auf dem Substrat abzuscheiden, nutzen die Forscher eine Vakuumprozesstechnik – die Elektronenstrahlverdampfung. Dabei lagert sich das Metalloxid mittels Bedampfung auf einem Substrat ab. Mit dieser Technik können sie die Schicht großflächig homogen, sowie dank der geringen Anzahl an Prozessparametern mit gleichbleibend hoher Qualität herstellen.
Für vollständig vakuumprozessierte Perowskit-Solarzellen erzielte das Team Wirkungsgrade von bis zu 16,1 Prozent. Das ist insofern besonders, weil andere Verfahren, für die Wirkungsgrade über 24 Prozent erzielt wurden praktisch nicht auf große Flächen übertragbar sind. (PF)
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