Tandemsolarzellen gelten in der Photovoltaik als sehr vielversprechend, sind aber bislang nicht der gängige Standard. Forschern ist es nun gelungen, eine Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle vollständig ohne Lösungsmittel herzustellen. Das neue Verfahren könnte die Produktion effizienter machen und die industrielle Fertigung solcher Solarzellen erleichtern.
Die Photovoltaik setzt heute überwiegend auf Solarzellen aus Silizium. Diese Technologie ist seit Jahrzehnten etabliert und technisch ausgereift. Doch bei der Verwendung von Silizium-Solarzellen lässt sich der Wirkungsgrad einer Anlage nicht beliebig steigern.
Forscher arbeiten deshalb stetig an neuen Ansätzen, um den Ertrag bei der Energiegewinnung aus Sonnenlicht zu erhöhen. Als besonders vielversprechend gelten dabei sogenannte Tandemsolarzellen. Diese kombinieren mehrere Materialien miteinander und können deshalb unterschiedliche Bereiche des Lichtspektrums besser nutzen.
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Tandemsolarzellen: Nächstes Level für die Photovoltaik
Durch die Verwendung solcher Tandemsolarzellen könnten Photovoltaikanlagen künftig deutlich höhere Wirkungsgrade erreichen und somit mehr Strom aus dem eingefangenen Sonnenlicht erzeugen. Bislang kommt diese Art der Solarzellen jedoch kaum zum Einsatz.
Zwar erreichen sie im Labor hohe Wirkungsgrade, doch für die industrielle Produktion bestehen noch einige Hürden. Forschern der Universität Freiburg und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE ist es nun jedoch gelungen, eine Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle vollständig ohne Lösungsmittel herzustellen. Das neue Verfahren könnte die Fertigung vereinfachen und dazu beitragen, Tandemsolarzellen einen Schritt näher an die industrielle Produktion zu bringen.
In einer Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle werden zwei unterschiedliche Halbleitermaterialien kombiniert, die jeweils andere Bereiche des Sonnenlichts besonders gut nutzen können. Während die obere Perowskit-Schicht vor allem energiereiches Licht aufnimmt, verarbeitet die darunterliegende Siliziumzelle weitere Anteile des Lichtspektrums.
Forscher entwickeln Tandemsolarzelle ohne Lösungsmittel
Durch dieses Zusammenspiel der beiden Schichten können Tandemsolarzellen mehr Sonnenenergie in Strom umwandeln als herkömmliche Siliziumzellen. Sie gelten daher als vielversprechende Technologie für die nächste Generation der Photovoltaik. Studienautorin Juliane Borchert dazu:
Perowskit-Silizium Tandemsolarzellen haben ein großes Potential die nächste Generation hocheffizienter Solarzellen zu werden. Damit sie den Sprung vom Labor in die industrielle Fertigung schaffen, ist es notwendig, die beste Kombination von Abscheidemethoden zu finden, die eine verlässliche Herstellung, im großen Maßstab, und mit hohem Durchsatz ermöglichen. Dafür legen wir mit dieser lösungsmittelfreien Tandemsolarzelle eine wichtige Grundlage.
Den Forschern der Universität Freiburg und des Fraunhofer ISE ist es nun gelungen, eine solche Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle vollständig ohne Lösungsmittel herzustellen. In ihrer Arbeit, die im Fachjournal Joule veröffentlicht wurde, zeigen sie, dass ein nachhaltigerer sowie potenziell besser skalierbarer Herstellungsprozess möglich ist.
Laut den Forschern handelt es sich bei dieser Entwicklung um die weltweit erste vollständig lösungsmittelfrei hergestellte Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle. „Es ist uns gelungen, sämtliche Lösungsmittel aus dem Herstellungsprozess der Perowskit-Topzelle mit großer Bandlücke zu eliminieren und diese Technologie in die weltweit erste vollständig lösungsmittelfrei hergestellte Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle zu integrieren“, erklärt Studienautor Mohamed A. A. Mahmoud. Die Forscher konnten die Perowskitschicht mittels physikalischer Gasphasenabscheidung sowie weiterer lösungsmittelfreier, industriell skalierbarer Verfahren herstellen.
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