{"id":70751,"date":"2021-04-30T02:51:00","date_gmt":"2021-04-30T00:51:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=70751"},"modified":"2021-04-29T08:51:38","modified_gmt":"2021-04-29T06:51:38","slug":"perowskit-solarmodule-hohe-effizienz-auf-grosser-flaeche","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/perowskit-solarmodule-hohe-effizienz-auf-grosser-flaeche\/","title":{"rendered":"Perowskit-Solarmodule: Hohe Effizienz auf gro\u00dfer Fl\u00e4che"},"content":{"rendered":"\n
Forschende des KIT kombinieren Serienverschaltung per Laser mit Vakuumprozessierung aller Schichten der Solarzelle \u2013 Aufskalierung ebnet den Weg vom Labor in die Industrie.<\/p>\n\n\n\n
Von der Zelle zum Modul ohne Wirkungsgradeinbu\u00dfen: Das ist eine der wesentlichen Herausforderungen der Perowskit-Photovoltaik. Forschende am Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie (KIT) haben nun Perowskit-Solarmodule fast ohne Skalierungsverluste hergestellt. Dazu kombinierten sie die Serienverschaltung per Laser mit der Vakuumprozessierung aller Schichten der Solarzelle. Sie erreichten einen Wirkungsgrad von 18 Prozent auf einer Fl\u00e4che von vier Quadratzentimetern \u2013 Weltrekord f\u00fcr vakuumprozessierte Perowskit-Solarmodule.<\/p>\n\n\n\n
In der Photovoltaik gelten Perowskit-Halbleiter dank ihrer g\u00fcnstigen Verf\u00fcgbarkeit, ihrer einfachen Herstellbarkeit sowie ihres enormen Wirkungsgradpotenzials als besonders zukunftstr\u00e4chtige Materialien. Perowskit-Solarzellen haben im vergangenen Jahrzehnt eine einzigartige Entwicklung durchlaufen. Im Labor hergestellt erzielen sie inzwischen Wirkungsgrade von \u00fcber 25 Prozent. Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel der eingestrahlten Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Nun gilt es, die Perowskit-Photovoltaik vom Labor in die Industrie zu bringen. \u00a0 \u201eEine zentrale Herausforderung besteht darin, die auf Fl\u00e4chen von wenigen Quadratmillimetern erzielten Wirkungsgrade auf typische Solarmodulfl\u00e4chen von einigen Hundert Quadratzentimetern zu \u00fcbertragen\u201c, sagt Dr. Tobias Abzieher, der am Lichttechnischen Institut (LTI) des KIT die Entwicklung aus dem Vakuum abgeschiedener Perowskit-Solarzellen leitet. Bei Perowskit-Solarzellen handelt es sich um D\u00fcnnschichtsolarzellen. Diese werden \u00fcber die sogenannte monolithische Serienverschaltung zu gro\u00dffl\u00e4chigen Solarmodulen zusammengef\u00fcgt. Dazu werden w\u00e4hrend der Abscheidung der einzelnen Schichten der Solarzelle Strukturierungslinien eingebracht, die eine Serienverschaltung der so entstehenden Solarzellenstreifen bewirken.<\/p>\n\n\n\n
Schichten der Solarzelle im Vakuum aufgedampft<\/h5>\n\n\n\n
Bei Perowskit-Solarmodulen kam es durch die Aufskalierung bisher zu deutlichen Wirkungsgradeinbu\u00dfen. Erstens ist die Abscheidung der einzelnen Solarzellenschichten umso schwieriger, je gr\u00f6\u00dfer die Fl\u00e4chen werden, und zweitens entstehen bei der Serienverschaltung sogenannte Totfl\u00e4chen zwischen den aktiven Solarzellenstreifen. Das sind Fl\u00e4chen, die sp\u00e4ter nicht zur Stromerzeugung beitragen k\u00f6nnen, f\u00fcr die Serienverschaltung aber ben\u00f6tigt werden. Dem Karlsruher Team ist es nun gelungen, durch das Aufdampfen aller Schichten der Solarmodule im Vakuum den Einfluss beider Verlustmechanismen zu minimieren. \u201eGro\u00dfe Vorteile der Abscheidung aus dem Vakuum im Hinblick auf die Herstellung effizienter Solarmodule sind die einfache Beherrschbarkeit der Prozesse, die geringe Anzahl an Prozessparametern sowie insbesondere die Unabh\u00e4ngigkeit des Abscheidungsmechanismus von der Beschichtungsfl\u00e4che\u201c, erkl\u00e4rt Abzieher. Dieses innovative Verfahren haben die Forschenden mit der hochpr\u00e4zisen Strukturierung und Serienverschaltung \u00fcber das Eingravieren von Linien mittels eines Lasers kombiniert (monolithische Serienverschaltung). Damit haben sie erstmals ein gro\u00dffl\u00e4chiges Perowskit-Solarmodul fast ohne Skalierungsverluste hergestellt \u2013 ein wichtiger Schritt vom Labor in die Industrie.<\/p>\n\n\n\n
Mit der Kombination von Vakuumprozessierung und Laserablation erzielten die Forschenden am LTI Wirkungsgrade von bis zu 16,6 Prozent auf einer Bauteilfl\u00e4che von \u00fcber 50 Quadratzentimetern und von sogar 18 Prozent auf einer Fl\u00e4che von vier Quadratzentimetern \u2013 Weltrekord f\u00fcr vakuumprozessierte Perowskit-Solarmodule. Ihre Ergebnisse pr\u00e4sentierten die Wissenschaftler auf der diesj\u00e4hrigen Fr\u00fchjahrstagung der Materials Research Society (MRS). \u201eTrotz der Vergr\u00f6\u00dferung der Bauteilfl\u00e4che um einen Faktor von \u00fcber 500 sind fast keine Wirkungsgradeinbu\u00dfen zu beobachten\u201c, berichtet David Ritzer vom LTI, der die hochpr\u00e4zise Laserverschaltung entwickelt hat. Mit seinem Ansatz gelang es dem Karlsruher Team, die Skalierungsverluste bei Perowskit-Solarmodulen auf Werte zu senken, wie sie f\u00fcr in der Industrie bereits etablierte Photovoltaiktechnologien wie Cadmiumtellurid (CdTe) oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) erzielt werden.<\/p>\n\n\n\n
Wirkungsgrade von \u00fcber 20 Prozent auf gr\u00f6\u00dferen Fl\u00e4chen angestrebt<\/h5>\n\n\n\n
K\u00fcnftig werden die Forschenden an der Optimierung des reinen Solarzellenschichtstapels sowie einer weiteren Reduzierung der Totfl\u00e4chen arbeiten. \u201eSch\u00f6pfen wir das Potenzial der Technologie voll aus, ist die Herstellung von Perowskit-Solarmodulen mit Wirkungsgraden von deutlich \u00fcber 20 Prozent auch auf noch gr\u00f6\u00dferen Fl\u00e4chen ein zeitnah realisierbares Ziel\u201c, sagt Tenure-Track-Professor Ulrich W. Paetzold, Leiter der instituts\u00fcbergreifenden \u201eTaskforce Perovskite Photovoltaics\u201c am KIT. Die Forschung in der Abteilung \u201eNext Generation Photovoltaics\u201c am Institut f\u00fcr Mikrostrukturtechnik (IMT) und am LTI des KIT unter Leitung von Ulrich W. Paetzold wird finanziell vom Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Energie im Verbundvorhaben CAPITANO sowie innerhalb des EU-Rahmenprogramms f\u00fcr Forschung und Innovation Horizont 2020 im Projekt PERCISTAND unterst\u00fctzt<\/p>\n\n\n