Forschungsteam erzielt Rekordwert bei Perowskit-Solarzellen-Effizienz

Hallo Leute,

heute folgt mal ein kleiner Abstecher in die Forschung und Entwicklung neuer Solarmodule.

Ein Team des Sydney Nano Institutes hat nämlich kürzlich einen besonderen Schritt in Richtung der PV-Module der nächsten Generation gesetzt.

Die entwickelte Triple-Junction-Perowskit-Perowskit-Silizium-Tandem-Solarzelle soll eine sehr hohe Effizienz und Haltbarkeit auch bei hohen Temperaturschwankungen der Umgebung aufweisen. 

Perowskit-Kristalle [Bild 2+3] sind eine neuere Art von PV-Zellmaterialien, die wegen ihrer kostengünstigen Herstellung und ihrer besonderen Eigenschaft geschätzt werden, einen größeren Teil des Sonnenlichtspektrums einzufangen und in elektrischen Strom zu verwandeln. Leider ist die Technik nicht sehr umweltfreundlich, da den meisten solcher Zellen Blei zugesetzt wird. Deswegen wird unnachgiebig nach Alternativen in der Herstellung gesucht.

Bei einer Fläche von nur 1cm² wurde bereits bei der Entwicklung ein Wirkungsgrad von 27,06 % erreicht. Die Effizienz-Weltrekorde einer solchen Zelle liegen bisher zwar bei 34,85% von LONGi Solar 2025 und vorher bei 32,5% (Erreicht beim Helmholtz-Zentrum in Berlin Ende 2022), allerdings gab es dabei immer wieder Probleme bei wechselnden Umgebungstemperaturen - einem Nachteil dieser Zelltechnologie.

Als weltweit erste Zelle wurde nun der Temperaturwechseltest nach IEC 60068-2-14 der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) bestanden Dabei werden in über 200 Zyklen extreme Temperaturschwankungen von -40°C und +85°C simuliert. Nachdem die Zelle über 400 Stunden Lichtbestrahlung unter diesen Bedingungen überstand, behielt sie noch immer 95% ihrer Ausgangs-Effizienz. 

Um diese Ergebnisse zu erreichen, wurde hierbei auf einen neuen Materialmix gesetzt, um die typischen Schwächen von Perowskit-Zellen zu beheben. So wurde mittels Rubidium (ein Alkalimetall; Abk. 37 Rb) ein neuartiger Perowskit-Gitter-Verbund geschaffen, der sehr viel weniger anfällig für Defekte und Zersetzungen ist. 
Zusätzlich wurde Gold hier in Form von gezielt verteilten Nanopartikeln in diesen Verbund eingebracht, welches ansonsten eher als durchgehende Schicht zum Einsatz kommt. [Bild 4] Auf diese Weise konnten sowohl die Lichtausbeute und der Stromfluss innerhalb der Zelle stark verbessert werden. 

Da Perowskit-Zellen dünner und leichter sind, als herkömmliche Module, ist dieses Material vor allem für Einsatzbereiche sehr interessant, in denen Platz eng bemessen ist und das Gewicht eine tragende Rolle einnimmt. Dazu zählen die Verwendung in Dünnschicht-Modulen auf Booten, Fahrzeugen, aber auch ein Einsatz auf Gebäuden mit begrenzten Dachflächen, wo ein höherer Wirkungsgrad die Ausbeute stark beeinflussen könnte.
Ebenfalls werden damit neue flexible Modultypen möglich sein. 

Zeitpunkt der Massen-Produktion oder gar Preise von Modulen sind natürlich noch in weiter Ferne.

Lassen wir uns daher mal überraschen, in welche Richtung die Forschung die Solarmodultechnologien noch treiben wird. 🙂 

Quellen:
Wattmoves
University of Sydney
Ingenieur.de
nature.com

Kelly Nash -  http://www.mindat.org/photo-170962.html (CC BY 3.0 wikipedia.de)

Google Gemini (Bilderstellung)