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Effektive SolarenergieNeue Rekorde in der Solarzellenforschung dank Perowskit

Bild des Minerals Perowskit. Ein schwarzer Quader.
Perowskit ist ein Mineral, welches unter anderem auch in Deutschland in kieselsäurearmen Gesteinen in der Eifel und am Kaiserstuhl auf Rügen zu finden ist. (Foto: Kelly Nash / Wikimedia Commons, CC BY 3.0)

Ein Salzkristall namens Perowskit könnte den Wirkungsgrad von Solarzellen erheblich steigern, glauben Experten. In Verbindung mit dem bislang gebräuchlichen Silizium sollen sogenannte Tandemzellen die Effektivität von Solarpanels revolutionieren.

12.07.2018 – Der aktuelle Weltrekord beim Wirkungsgrad von Solarzellen liegt bei 26 Prozent – erreicht mit Solarpanels aus reinen Siliziumzellen. Normal sind jedoch Wirkungsgrade von bis zu 20 Prozent. Dabei arbeitet das Silizium vor allem im energiearmen roten und infraroten Wellenlängenbereich des Sonnenspektrums besonders gut. Energiereiches grünes und blaues Licht hingegen wird von einem Salztyp mit dem Namen Perowskit optimal verwertet, wie Forscher verschiedener Einrichtungen analysierten.

Wissenschaftler des Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) präsentierten im Juni auf einer Fachkonferenz in Hawaii eine Tandemsolarzelle aus Silizium und Perowskit, mit einem durchschnittlichen Wirkungsgrad von 25,2 Prozent. Nur wenige Tage später erhöhte das Jungunternehmen Oxford PV aus Brandenburg an der Havel mit den gleichen Materialien auf 27,3 Prozent, wie die Süddeutsche Zeitung berichtet. Rutger Schlatmann vom HZB glaubt, dass mit neuen Tandemsolarzellen Wirkungsgrade von über 40 Prozent möglich sind.  

Es steht noch viel Arbeit im Labor an

Doch bislang verlieren Perowskite mit der Zeit ihren Wirkungsgrad, da die Salze Feuchtigkeit schlecht vertragen und im Zusammenspiel mit Licht auch keinen Sauerstoff. Bei der Lösung dieses Problems stehen die Forscher des HZB noch am Anfang. Mit der Variation der Materialkomposition wollen sie beobachten, wie sich diese auf die unterschiedlichen Mechanismen innerhalb des Materials auswirkt.

Dabei wollen sie nicht nur die Stabilität, sondern auch die Umweltverträglichkeit der Perowskit-Schicht auf den Tandemsolarzellen verbessern. Denn bislang wird für deren Herstellung oft umweltschädliches Blei verwendet. Zinn und Titan gelten dabei als mögliche Alternativen.

Die Solarzellenforschung verläuft rasant

Die neusten Vorstöße reihen sich derweil in eine rasante Entwicklung immer neuer und effizienter arbeitender Solarzellen ein. So gelang es Wissenschaftlern die Struktur von Schmetterlingsflügeln auf Solarzellen zu übertragen, um Mithilfe der unregelmäßig angeordneten Nanostruktur deren Wirkungsgrad auch bei schräg einfallendem Licht zu erhöhen. Durch extrem dünne Halbleiterschichten, integriert in eine Mehrfachsolarzelle, konnte auch der Wirkungsgrad von reinen Siliziumsolarzellen bereits erheblich gesteigert werden. Und chinesische Forscher entwickeln ein Solarmodul, welches aus Regentropfen Energie gewinnt. mf


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