Solarzellen, die das Sonnenlicht so effizient wie Silizium in elektrische Energie umwandeln, sich dabei aber einfach und aus kosteng\u00fcnstigen Materialien herstellen lassen \u2013 f\u00fcr Materialforscher ist das ein langgehegter Traum. <\/p>\n\n\n\n
Dem sind Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Berlin nun ein St\u00fcck n\u00e4hergekommen. Sie haben ein Verfahren verbessert, mit dem sich g\u00fcnstige Perowskit-Schichten einfach aus L\u00f6sungen auf Tr\u00e4germaterien aufbringen lassen. Dabei haben sie nicht nur entdeckt, welch entscheidende Rolle eines der verwendeten L\u00f6sungsmittel spielt, sondern auch die Lagerf\u00e4higkeit der Materialtinten genauer unter die Lupe genommen.<\/p>\n\n\n\n
Noch machen Solarzellen aus kristallinem Silizium den L\u00f6wenanteil auf D\u00e4chern und in Solarparks aus. Doch andere Technologien haben sich l\u00e4ngst in Stellung gebracht \u2013 zum Beispiel solche, bei denen extrem d\u00fcnnen Schichten auf einem Tr\u00e4germaterial das Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln. In diese Gruppe geh\u00f6ren auch die Perowskit-Solarzellen, die Prof. Eva Unger und ihr Team am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) erforscht. \u201eDas sind die bisher besten Solarzellen, die sich aus einer Materialtinte herstellen lassen\u201c, erkl\u00e4rt die Forscherin. \u201eUnd mittlerweile reichen ihre Wirkungsgrade an Zellen aus kristallinem Silizium heran.\u201c<\/p>\n\n\n\n
Bisher wurden viele Methoden entwickelt, um kleine Testzellen im Labor herzustellen, dort zu untersuchen und zu optimieren. Bis zur industriellen Produktion ist es aber noch ein weiter Weg. Denn Unger wei\u00df aus eigener Erfahrung: \u201eLeider lassen sich Verfahren, die f\u00fcr kleinfl\u00e4chige Herstellung optimiert sind, nicht immer skalieren.\u201c Mit anderen Worten: Nicht alles, was im Labor perfekt funktioniert, muss auch in der Fabrik wirtschaftlich funktionieren. \u201eDeshalb gehen wir den n\u00e4chsten Schritt und entwickeln skalierbare Methoden. Das hei\u00dft, unser Team konzentriert sich auf Beschichtungsprozesse f\u00fcr gr\u00f6\u00dfere Fl\u00e4chen.\u201c Am Hybrid Silicon Perovskite Research, Integration & Novel Technologies (HySPRINT) Innovation Lab, einer Kooperationsplattform zwischen dem HZB und der Industrie, setzen sie daf\u00fcr von Anfang an auf Verfahren, die ihre Relevanz in der Industrie bereits unter Beweis gestellt haben.<\/p>\n\n\n\n
Auf die Dosis kommt es an<\/h5>\n\n\n\n
\u201eWir haben hier mit Schlitzd\u00fcsenbeschichtung experimentiert\u201c, erz\u00e4hlt sie. Dabei flie\u00dft die \u201eTinte\u201c, wie die d\u00fcnnfl\u00fcssige L\u00f6sung aus Perowskit-Vorstufe, L\u00f6sungsmittel und Zusatzstoff im Fachkreis genannt wird, aus einer schlitzf\u00f6rmigen D\u00fcse heraus und f\u00e4llt wie ein Vorhang auf das darunter entlangfahrende Glassubstrat der sp\u00e4teren Solarzelle. Dann setzt die Kristallbildung ein. Es w\u00e4chst eine ultrad\u00fcnne, halbleitende Perowskit-Struktur, die der Materialgruppe ihren Namen und der Solarzelle ihre F\u00e4higkeiten verleiht. F\u00fcr diesen Prozess, das haben Unger und ihr Doktorand Jinzhao Li nun herausgefunden, ist die genaue Menge einer Substanz namens DMSO ausschlaggebend. Das steht f\u00fcr D<\/strong>im<\/strong>ethyls<\/strong>ulfo<\/strong>xid und ist ein organisches L\u00f6sungsmittel. Unger nutzt es als Zusatzstoff, denn in der Tinte hat es eine erstaunliche Wirkung. \u201eDMSO induziert Kristallisationskeime f\u00fcr das Perowskit\u201c, sagt die Forscherin. Kristallisationskeime sind meist winzig kleine K\u00f6rnchen, die einem Kristall als Starthilfe dienen und sein Wachstum f\u00f6rdern. \u201eMit unseren R\u00f6ntgenbeugungsexperimenten am BESSY II haben wir einen ganz gro\u00dfen Unterschied zwischen Tinten mit und ohne DMSO-Zusatz gesehen\u201c, erz\u00e4hlt die Physikochemikerin.<\/p>\n\n\n\n
Allerdings, und das hat ihr Team in vielen Versuchen herausgefunden, spielt hier die Dosis eine entscheidende Rolle. Ein Mehr an DMSO beg\u00fcnstigt das Kristallwachstum \u2013 bis zu einer gewissen Grenze. Wird diese \u00fcberschritten, treten andere Prozesse in den Vordergrund und die so entstehende Mikrostruktur schm\u00e4lert die Leistung der Solarzellen. \u201eDas ist wie beim W\u00fcrzen in der K\u00fcche\u201c, sagt Unger. \u201eGibt man zu wenig Salz in die Suppe, dann wird sie fade. Gibt man zu viel dazu, dann schmeckt sie auch nicht gut. Man braucht also genau die richtige Menge, damit es perfekt wird.\u201c Neben der optimalen Zusammensetzung hat das HZB-Team auch die Alterungsprozesse und damit die Lagerf\u00e4higkeit der Tinten eingehend untersucht. \u201eDas ist ein Aspekt, der bisher weniger beachtet wurde\u201c, erkl\u00e4rt Unger. \u201eDas Alter einer Perowskit-Vorl\u00e4ufertinte kann die Bauelementleistung beeinflussen. Dies ist ein wichtiger Faktor, der bei der Entwicklung von Tinten und Prozessen ber\u00fccksichtigt werden muss.\u201c<\/p>\n\n\n