Semitransparente Solarzelle extrem effizient

Innovation von Penn-State-Wissenschaftlern erzielt einen Wirkungsgrad von fast 20 Prozent

So ist die Solarzelle aufgebaut: hoher Wirkungsgrad garantiert (Grafik: psu.edu)

State College (pte003/01.06.2021/06:10)

Statt Fenster mit Folien bis in Sichthöhe zu bekleben, um Wohn- und Büroräume vor neugierigen Blicken zu schützen, könnte man auch Solarzellen einsetzen. Doch die haben entweder einen geringen Wirkungsgrad oder lassen zu wenig Licht durch. Forscher an der Pennsylvania State University https://www.psu.edu/ (Penn State) in State College haben jetzt eine Lösung präsentiert: Eine semitransparente Perowskit-Zelle mit einem Wirkungsgrad von nahezu 20 Prozent. 

[b]Goldfilm ist nur wenige Atomlagen dick[/b]

Dieser Durchbruch gelang mit einem nur wenige Atomlagen dicken Goldfilm, der als eine von zwei Elektroden dient, an denen der erzeugte Strom abgezapft wird. Da er so dünn ist fallen die Materialkosten kaum ins Gewicht. Außerdem lässt er das Licht der Sonne fast ungehindert passieren und hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit.

„Das ist ein großer Schritt", sagt Kai Wang, Assistenzprofessor für Materialwissenschaften und -technik. „Endlich ist es uns gelungen, effiziente semitransparente Solarzellen herzustellen."

[b]Höchstleistung im Tandem[/b]

Die neue Perowskit-Zelle kann, weil Lichtdurchlässig, auch auf eine konventionelle Solarzelle aus Silizium aufgepfropft werden. Dann liefern beide Strom. Das Tandem erreicht einen Wirkungsgrad von 28,3 Prozent. „Eine Effizienzsteigerung von fünf Prozentpunkte ist gigantisch", sagt Shashank Priya, stellvertretender Vizepräsident für Forschung und Professor für Materialwissenschaften und -technik an der Penn State. „Das bedeutet im Grunde, dass sich die Leistung eines Quadratmeters aus diesem Solarzellenmaterial um etwa 50 Watt verbessert. Solarparks können aus Tausenden von Modulen bestehen, da kommt viel Strom zusammen."

[b]Chromunterlage brachte den Durchbruch[/b]

Frühere Versuche, dünne Goldfilme als Elektroden zu nutzen, waren nicht von Erfolg gekrönt. Lange Zeit gelang es nicht, eine überall gleich dünne Schicht aufzutragen. Das habe zu einer verringerten Leitfähigkeit und damit zu Einbußen beim Wirkungsgrad geführt. Die Penn-State-Forscher lösten das Problem, indem sie zunächst einen wenige Atome dicken und damit transparenten Film aus Chrom auftrugen. Darauf ließ sich das Gold völlig ebenmäßig aufdampfen. Ohne Chrom bilden die Goldatome Klumpen. Auf einer Chromschicht passiere das nicht. 

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