Hypercells: Perowskit-Dünnschichtsolarzellen mit 21,1 Prozent Wirkungsgrad

Die Forscher der Berlin-Potsdamer Graduiertenschule Hypercells haben Perowskit-Dünnschichtsolarzellen mit einem stabilen Rekordwirkungsgrad von 21,1 Prozent entwickelt. Auch nach 250 Stunden Alterung unter Betriebsbedingungen liege die Leistung noch bei 18 Prozent, schreiben die Wissenschaftler im Journal „Energy & Environmental Science“. Der stabile und reproduzierbar hohe Wirkungsgrad sei Voraussetzung für die Industrialisierung der Photovoltaik-Technologie. Die besten Perowskite-Solarzellen setzten dabei auf gemischte organische Kationen aus Methylammonium (MA) und Formamidinium (FA). Die Forscher aus Berlin und Potsdam haben nun noch kleinere Mengen an anorganischem Cäsium (Cs) hinzugefügt. Diese „Triple-Kation“ (Cs/MA/FA)-Konfiguration führt zu hochmonolithischen Körnern von reinem Perowskit, wie sie weiter berichten.

Das Ergebnis sei, dass die Folien robuster seien. Ein Wirkungsgrad von mehr als 20 Prozent sei regelmäßig bei den Versuchen erreicht worden. Die drei- oder mehrfache Kationenmischungen sei daher eine neuartige Kompositionsstrategie auf dem Weg zur Industrialisierung von Perowskit-Solarzellen mit besseren Stabilitäten und wiederholbaren hohen Wirkungsgraden, heißt es weiter. Die bisher verwendeten MA/FA-Kationen wiesen dagegen strukturelle und thermische Instabilitäten auf und seien empfindlich gegenüber Verarbeitungsbedingungen.

Das Ziel von Hypercells ist es, langfristig diese neuen Zellen mit klassischen Halbleitermaterialien zu hocheffizienten Tandem-Zellen zu kombinieren werden. Bislang sei es den Arbeitsgruppen gelungen, ein ein sehr detailliertes Verständnis der chemischen und physikalischen Prozesse in Perowskit-basierten Dünnschichtsolarzellen zu erarbeiten. Darauf aufbauend sollen nun Defekte und Verlustprozesse minimiert werden. Nächstes Ziel der Wissenschaftler sei es, die effizienten Perowskitzellen mit klassischen Silizium-Solarzellen zu kombinieren und den Wirkungsgrad dadurch nochmals zu erhöhen. Außerdem lasse der niedrigtemperierte Herstellungsprozess der Perowskitzellen die Prozessierung auf flexible Substraten zu, was mit den meisten klassischen Halbleitermaterialien nicht möglich sei. Der Anwendungsbereich werde damit nochmal deutlich erweitert.

Die Graduiertenschule war vor zwei Jahren gegründet worden. Derzeit forschen dort 15 Doktoranden aus der Physik, Chemie, Elektrotechnik und Kristallografie. Hypercells ist eine gemeinsame Einrichtung der Universität Potsdam und des Helmholtz Zentrums Berlin für Energie und Materialien GmbH.