Forscher haben ein neues Verfahren entwickelt, mit dem die Produktion von Perowskit-Tandemsolarzellen in großer Stückzahl möglich sein soll. Hintergrund ist die sogenannte Klingenbeschichtung.
Forscher des Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) haben offenbar einen entscheidenden Durchbruch bei der Herstellung von Perowskit-Tandemsolarzellen erzielt.
Diese Art von Solarzellen erzielt unter Laborbedingungen bereits hohe Wirkungsgrade von über 33 Prozent. Allerdings stellte die Herstellung in großem Maßstab bisher ein Problem dar. Ein neu entwickeltes Hybdridverfahren jedoch eine Massenproduktion ermöglichen.
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Wie das Fraunhofer ISE in einem Blogbeitrag berichtet, demonstrierten die Wissenschaftler vollständig strukturierte Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen mit Leerlaufspannungen von über 1900 Millivolt und Wirkungsgraden von 27,8 Prozent.
Wie werden Perowskit-Tandemsolarzellen produziert?
Bisher scheiterte die Massenproduktion vor allem am aufwendigen Rotationsbeschichtungsverfahren – auch Spin-Coating genannt. Das neue Hybridverfahren soll allerdings Abhilfe schaffen, indem der Prozess zwei Schritte durchläuft. Die anorganischen Perowskit-Materialien werden zunächst aufgedampft, um anschließend die organischen Perowskite mittels Blade-Coating aufzubringen.
„Das erfolgreiche Aufbringen der Perowskit-Topzelle mit skalierbaren Technologien auf die Silizium-Bottom-Zelle war für uns ein Durchbruch“, so Oussama Er-raji, Doktorand und Projektleiter am Fraunhofer ISE. Entscheidend sei, dass die Beschichtungsgeschwindigkeit die Perowskitdicke nicht beeinflusst wird – ein wichtiger Faktor für die Massenproduktion.
Klingenbeschichtung als großer Durchbruch
Die Klingenbeschichtung ist vergleichbar mit dem Streichen einer Wand durch einen Abzieher. Eine Klinge sorgt dafür, dass die Schicht überall gleich dick ist.
Die Geschwindigkeit, mit der die Klinge über die Zelle fährt, beeinflusst die Dicke der Perowskit-Schicht kaum. Das sei wichtig, weil die Produktion dadurch sehr flexibel und schnell ablaufen kann, ohne dass die Qualität leidet.
Die Klingenbeschichtung lässt sich den Forschern zufolge relativ einfach in bestehende Produktionsanlagen integrieren. Gleichzeitig sei sie weniger fehleranfällig als das Spin-Coating und reduziert Materialverluste.
Perowskit-Tandemsolarzellen für die Energiewende
Herkömmliche Silizium-Solarzellen können maximal 29,4 Prozent des Sonnenlichts in Strom umwandeln. Dieses physikalische Limit hat die Photovoltaik-Industrie schon fast erreicht. Doch nun kommen Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen ins Spiel.
Durch die Kombination von zwei oder mehr Teilzellen aus unterschiedlichen Materialen kann ein größeres Spektrum des Sonnenlichts genutzt werden. Während die Silizium-Solarzelle vor allem den roten Anteil des Sonnenlichts effizient in Strom umwandelt, kann die darüber liegende Teilzelle aus Perowskiten den blauen Anteil des Lichts besser nutzen.
„Das Verfahren beweist das enorme Potenzial der Tandem-Technologie für die PV-Industrie“, betont Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik am Fraunhofer ISE in einem Interview.
Forscher arbeiten bereits an der Übertragung des neuen Hybrid-Verfahrens auf das noch besser skalierbare Slot-Die-Coating. Fortschritte wie diese könnten künftig dafür sorgen, dass die nächste Generation von Solarmodulen bald auf unsere Dächer kommt und damit einen entscheidenden Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung leisten wird.
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