Perowskit-Solarzellen nehmen nächste Hürde
MIT-Forscher erhöhen den Wirkungsgrad mithilfe einer optimierenden Schicht aus Zinndioxid
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Darstellung der überarbeiteten Perowskit-Zelle (Grafik: CUBE3D Graphic, mit.edu) |
Cambridge/Berlin (pte025/25.02.2021/11:30)
Solarzellen, die Strom mit Hilfe einer hauchdünnen Schicht aus einem Kristall herstellen, der die gleiche Struktur hat wie natürlich vorkommende Perowskite, haben jetzt die Chance, die führenden Siliziumzellen beim Wirkungsgrad zu überholen. Bisher kämpfen die Forscher in aller Welt gegen eine Eigenart der Zellen, die die Effizienz beeinträchtigt. Frisch gebildete Elektronen verbinden sich mit ihren Gegenstücken, den so genannten Löchern, zu einem neutralen Gebilde, ehe sie in Form von Strom abgezapft werden können. Das verhindern Forscher am Massachusetts Institute of Technology https://www.mit.edu/ (MIT) in Cambridge/USA durch eine Schicht aus Zinndioxid, die die Perowskit-Struktur von der leitenden Schicht trennt, die als Elektrode dient. In bisherigen Perowskit-Zellen befindet sich diese Schicht direkt auf dem Kristall.
[b]30 Prozent Wirkungsgrad scheinen erreichbar[/b]
Mit diesem Design steigerten der MIT-Chemieprofessor Jason Yoo, Moungi Bawendi, Professor für Elektrotechnik und Computerwissenschaften und Fariborz Maseeh, Professor für Zukunftstechnologien, den Wirkungsgrad der Zelle auf 25,2 Prozent. Damit übertrifft sie die meisten Siliziumzellen und nähert sich den Rekordhaltern an, die auf der Basis von Galliumarsenid an.
Die bisher leistungsfähigsten Zellen haben einen großen Nachteil. Bei ihrer Herstellung wird sehr viel Energie verbraucht, weil die notwenigen Temperaturen bei mehr als 1000 Grad Celsius liegen. Perowskite begnügen sich dagegen mit 200 Grad. Außerdem sind sie extrem dünn und damit sehr leicht. Nach Meinung der MIT-Forscher müssen Perowskit-Zellen die Siliziumkonkurrenz nicht verdrängen. Beide könnten sich ergänzen, weil sie unterschiedliche Wellenlängen des Sonnenlichts in Strom verwandeln. So könnte der Wirkungsgrad noch einmal drastisch angehoben werden. Forscher am Massachusetts Institute of Technology https://www.helmholtz-berlin.de, die ebenfalls Perowskit-Zellen entwickeln, erwarten eine Effektivität von 30 Prozent, wenn letzte Hürden abgebaut sind, etwa die, die gerade in den USA gefallen ist.
[b]Vorbild ist das Köcheln einer Speise[/b]
Die Zinkdioxid-Schicht wird mit einer Technik namens Chemische Badabscheidung erzeugt. „Es ähnelt dem Zubereiten einer Speise", sagt Bawendi. In einem Bad, das die Vorläuferchemikalien der gewünschten Schicht enthält, wird der Kristall eine Weile bei 90 Grad Celsius geköchelt. Dabei bildet sich die Zinndioxid-Schicht aus. Diese war unterschiedlich effektiv, je nach den Zutaten im Bad. Nach zahlreichen Experimenten fand das Team die Kombination, die die besten Ergebnisse brachte. Nächste Aufgabe der Forscher ist die Skalierung des Verfahrens, also die Herstellung von großflächigen Modulen. Bisher haben die Zellen lediglich Laborgröße.
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