Empa entwickelt Perowskit-CIGS-Tandem-Solarzelle mit 20,5 Prozent Wirkungsgrad

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Zwei Solarzellen bringen mehr als eine: Nach diesem Motto haben nun die Forscher von Empa, einem Forschungsinstitut an der ETH Zürich, eine neue Perowsit-CIGS-Tandem-Solarzelle entwickelt. Der Clou an dem neuen Verfahren sei, dass die zusätzliche Solarzellenschicht in einem Niedrigtemperaturverfahren bei nur 50 Grad Celsius erzeugt werde, so die Schweizer Wissenschaftler. Damit könnten Kosten und Energie bei der Produktion gespart werden. Auf Anhieb habe die so produzierte Tandem-Solarzelle einen Wirkungsgrad von 20,5 Prozent erreicht und könne sich mit den bislang besten flexiblen Solarzellen messen. Das Potenzial sei dabei noch längst nicht ausgeschöpft, so die Empa-Forscher. 30 Prozent Wirkungsgrad seien mit der Kombination durchaus möglich.

Der Schlüssel zu dem Doppel-Erfolg war den Wissenschaftlern zufolge die Entwicklung einer halbtransparenten Solarzelle aus Methyl-ammonium-Bleiiodid, das sich in Form winziger Perowskit-Kristalle abscheidet. Als Unterlage für den Perowskit diene eine Substanz mit dem Kürzel PCBM (Phenyl-C61-Buttersäure-Methylester). Jedes Molekül PCBM enthalte 61 Kohlenstoff-Atome, die in Form eines Fußballs miteinander verknüpft sind. Auf diese Fußballschicht wird „lauwarm“ der Perowskit aufgedampft, wie die Wissenschaftler weiter schreiben. Dieser „Zauberkristall“ absorbiere UV-Strahlen und den blauen Anteil des sichtbaren Lichts und wandele diese in Strom um. Rotes Licht und Infrarot-Strahlung lasse der Kristall passieren, die dann von einer weiteren Solarzelle unterhalb der halbtransparenten Perowskit-Zelle in Strom umgewandelt werde. Die zweite Solarzelle sei eine CIGS-Zelle, an der die Schweizer Wissenschaftler bereits seit Jahren forschen und für die sie eine Pilot-Serienfertigung errichtet haben.

Für die Massenproduktion seien die Tandem-Zellen bislang zu teuer. Ein Empa-Team um Stephan Bücheler und Ayodhya Tiwari vom Labor für Dünnschicht und Photovoltaik habe es nun geschafft, eine preisgünstige Tandem-Solarzelle herzustellen. Bei der Rolle-zu-Rolle-Produktion werde die Solarzelle auf flexible Kunststofffolien aufgetragen. Dieses neue Herstellungsverfahren sei ein wichtiger Meilenstein zur Massenproduktion der Solarzellen. Für die weitere Steigerung des Wirkungsgrad sei nun „noch viel Forschungsarbeit nötig“ und etliche Hürden müssten noch genommen werden. „Bei der Herstellung von Solarstrom wird nur die Hälfte der Kosten durch die Solarmodule selbst verursacht. Die andere Hälfte der Kosten kommt von der Infrastruktur: Wechselrichter, Verkabelung, Tragekonstruktionen für die Zellen, Ingenieurskosten und Installation. All diese Nebenkosten sinken, wenn die Solarzellen effizienter werden und folglich kleiner gebaut werden können. Effiziente Solarzellen sind damit der Schlüssel zu preisgünstigem Ökostrom“, erklärte Empa-Forscher Stephan Bücheler. (Sandra Enkhardt)

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