KIT macht Perowskit-Solarzellen mit solidem Fundament noch wirkungsvoller

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Metallorganische Perowskite haben nach Ansicht vieler Forscher das Potenzial, die derzeit dominierende kristalline Photovoltaik-Technologie abzulösen. Auch das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) forscht daran und hat am Mittwoch einen neuen Erfolg vermeldet. So sei eine hocheffiziente Lochleiterschicht aus Nickeloxid entwickelt worden, die großflächig abscheidbar sei und in den Perowskit-Solarzellen zu Rekordeffizienzen führe, so das Institut.

Trifft Sonnenlicht auf den Perwoskit-Absorber, lösen sich dort Elektronen aus ihrem gebundenen Zustand und werden energetisch angeregt, wie die Forscher ausführen. Gleichzeitig blieben positiv geladene Fehlstellen als „Löcher“ zurück. „Um Energie aus der Solarzelle entnehmen zu können, müssen diese Elektronen und Löcher an unterschiedlichen Seiten des Absorbers abgeführt werden. In Perowskit-Solarzellen geschieht dies durch selektive Ladungsträgerschichten, also Membranen, die entweder nur die Elektronen oder nur die Löcher passieren lassen“, sagt Tobias Abzieher, Doktorand am Lichttechnischen Institut (LTI) des KIT. „Damit erfordern effiziente Perowskit-Solarzellen nicht nur eine Optimierung der lichtabsorbierenden Perowskit-Schicht, sondern auch dieser ladungsträgerselektiven Schichten.“

Die entwickelte Lochleiterschicht auf Basis von Nickeloxid (NiOx) sei kostengünstig und anders als die üblichen organischen Materialien unempfindlicher gegenüber Temperaturen von mehr als 70 Grad Celsius. „Um diese auf dem Substrat abzuscheiden, nutzen wir eine Vakuumprozesstechnik – die Elektronenstrahlverdampfung. Dabei lagert sich das Metalloxid mittels Bedampfung auf einem Substrat ab. Mit dieser Technik können wir die Schicht großflächig homogen, sowie dank der geringen Anzahl an Prozessparametern mit gleichbleibend hoher Qualität herstellen“, so Abzieher weiter.

Für vollständig vakuumprozessierte Perowskit-Solarzellen erzielte das KIT-Team nach eigenen Angaben Wirkungsgrade von bis zu 16,1 Prozent. Mit tintenstrahlgedruckten Absorberschichten seien sogar Wirkungsgrade bis zu 18,5 Prozent erreicht worden. Aktuell dominiert in der Entwicklung die Abscheidung per Drehrotationsbeschichtung, für die Wirkungsgrade über 24 Prozent erzielt wurden. Allerdings lässt sich diese praktisch nicht auf große Flächen übertragen“, sagt Abzieher.

Gerade dies sei aber wichtig, um die Perowskit-Photovoltaik vom Labor in die Fabrik zu bringen. Im Mittelpunkt der Arbeit des KIT stünden daher auch skalierbare Herstellungsverfahren für die Technologie. An den Forschungen sei auch das Innovation Lab in Heidelberg beteiligt. Zudem würden die Arbeiten vom Bundesforschungsministerium, der Initiierungs- und Vernetzungsförderung der Helmholtz-Gemeinschaft sowie der Karlsruhe School of Optics & Photonics (KSOP) unterstützt.