{"id":81333,"date":"2022-04-14T09:15:42","date_gmt":"2022-04-14T07:15:42","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=81333"},"modified":"2022-04-23T15:11:45","modified_gmt":"2022-04-23T13:11:45","slug":"solarzellen-der-naechsten-generation-werden-immer-effizienter","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/solarzellen-der-naechsten-generation-werden-immer-effizienter\/","title":{"rendered":"Solarzellen der n\u00e4chsten Generation werden immer effizienter"},"content":{"rendered":"\n

Ein Forschungsteam hat eine Tandem-Solarzelle aus Perowskit und organischen Absorberschichten mit hoher Effizienz entwickelt, die kosteng\u00fcnstiger herzustellen ist als herk\u00f6mmliche Solarzellen aus Silizium. Die Weiterentwicklung dieser Technologie soll eine noch nachhaltigere Gewinnung von Solarenergie erm\u00f6glichen.<\/p>\n\n\n\n

Ein deutsches Forschungsteam hat eine Tandem-Solarzelle entwickelt, die einen Wirkungsgrad von 24 Prozent erreicht \u2013 gemessen anhand des Anteils der in Strom (Elektronen) umgewandelten Photonen. Damit stellt das Team einen neuen Weltrekord auf: Es ist der h\u00f6chste Wirkungsgrad, der bislang durch die Kombination von organischen und Perowskit-basierten Absorbern erzielt werden konnte. Die Solarzelle wurde in der Arbeitsgruppe von Professor Dr. Thomas Riedl an der Universit\u00e4t Wuppertal zusammen mit Forscher:innen vom Institut f\u00fcr Physikalische Chemie der Universit\u00e4t zu K\u00f6ln und weiteren Projektpartner:innen von den Universit\u00e4ten Potsdam und T\u00fcbingen sowie dem Helmholtz-Zentrum Berlin und dem Max-Planck-Institut f\u00fcr Eisenforschung in D\u00fcsseldorf entwickelt. Die Ergebnisse wurden unter dem Titel \u201ePerovskite\/organic tandem solar cells with indium oxide interconnect\u201c in der Fachzeitschrift Nature<\/em><\/a> ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n\n\n\n

Herk\u00f6mmliche Solarzellentechnologien basieren \u00fcberwiegend auf dem Halbleiter Silizium und gelten inzwischen als so gut wie \u201eausoptimiert\u201c. Signifikante Verbesserungen ihres Wirkungsgrades \u2013 das hei\u00dft, mehr Watt elektrischer Leistung pro Watt eingesammelter Sonnenstrahlung \u2013 sind kaum noch zu erwarten. Vor diesem Hintergrund ist die Entwicklung neuer Solartechnologien, die im Kontext der Energiewende einen entscheidenden Beitrag leisten k\u00f6nnen, dringend erforderlich. Zwei solcher alternativen Absorbermaterialien wurden in der vorliegenden Arbeit kombiniert. Zum einen kamen organische Halbleiter zum Einsatz, also Kohlenstoffverbindungen die unter bestimmten Bedingungen elektrischen Strom leiten k\u00f6nnen. Diese wurden mit Perowskit-Halbleitern kombiniert, welche auf einer Blei-Halogen-Verbindung basieren und hervorragende halbleitende Eigenschaften besitzen. Zur Herstellung beider Technologien ist der Bedarf an Material und Energie bedeutend geringer als bei konventionellen Siliziumzellen, was die M\u00f6glichkeit er\u00f6ffnet, noch nachhaltigere Solarzellen zu entwickeln.<\/p>\n\n\n\n

Da Sonnenlicht aus verschiedenen Spektralanteilen, sprich Farben, besteht, m\u00fcssen effiziente Solarzellen einen m\u00f6glichst gro\u00dfen Anteil dieses Sonnenlichtes in Strom umwandeln. Dies kann mit sogenannten Tandem-Zellen erreicht werden, bei denen in der Solarzelle verschiedene Halbleitermaterialien kombiniert werden, welche jeweils unterschiedliche Bereiche des Sonnenspektrums absorbieren. In der aktuellen Studie kamen organische Halbleiter f\u00fcr den ultravioletten und sichtbaren Teil des Lichtes zum Einsatz, w\u00e4hrend Perowskit den nahen Infrarotbereich effizient absorbieren kann. An \u00e4hnlichen Materialkombinationen wurde schon in der Vergangenheit geforscht, doch dem Forschungsteam gelang es nun, deren Leistungsf\u00e4higkeit entscheidend zu steigern.<\/p>\n\n\n\n

Zu Projektbeginn hatten die weltweit besten Perowskit\/Organik-Tandemzellen einen Wirkungsgrad von circa 20 Prozent. Unter Federf\u00fchrung der Universit\u00e4t Wuppertal konnten die K\u00f6lner Forscher:innen zusammen mit den weiteren Projektpartnern den neuen Bestwert von 24 Prozent erzielen. \u201eUm solch hohe Effizienz zu erreichen, mussten innerhalb der Solarzelle die Verluste an den Grenzfl\u00e4chen zwischen den Materialien minimiert werden\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Selina Olthof vom Institut f\u00fcr Physikalische Chemie der Uni K\u00f6ln. \u201eHierzu entwickelten die Wuppertaler Forscher einen sogenannten Interconnect, der die organische Subzelle mit der Perowskitzelle elektrisch und optisch verbindet.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Um Verluste so gering wie m\u00f6glich zu halten, wurde als Interconnect eine nur 1,5 Nanometer d\u00fcnne Schicht aus Indiumoxid in die Solarzelle integriert. Die Forscher:innen aus K\u00f6ln trugen hier ma\u00dfgeblich dazu bei, die Grenzfl\u00e4chen sowie den Interconnect elektrisch und energetisch zu untersuchen, um Verlustprozesse zu identifizieren und eine weitere Optimierung der Bauteile zu erm\u00f6glichen. Simulationen der Wuppertaler Arbeitsgruppe zeigen, dass mit diesem Ansatz in Zukunft Tandemzellen mit einem Wirkungsgrad jenseits der 30 Prozent erreichbar sind.<\/p>\n\n\n\n