Perowskit-Organik-Tandemzelle erreicht 24 Prozent Wirkungsgrad

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Ein Forschungsteam hat eine Tandem-Solarzelle aus Perowskit und organischen Absorberschichten mit einem Wirkungsgrad von 24 Prozent entwickelt, deren Produktion kostengünstiger sein soll als bei herkömmlichen Solarzellen aus Silizium. Mit der Weiterentwicklung dieser Technologie soll eine noch nachhaltigere Gewinnung von Solarenergie ermöglicht werden. Das teilte die Universität Köln am Mittwoch mit. Die Solarzelle wurde demnach in einer Arbeitsgruppe an der Universität Wuppertal zusammen mit Forschenden vom Institut für Physikalische Chemie der Universität zu Köln, von den Universitäten Potsdam und Tübingen sowie vom Helmholtz-Zentrum Berlin und dem Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf entwickelt. Die Ergebnisse wurden unter dem Titel „Perovskite/organic tandem solar cells with indium oxide interconnect“ in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Der Mitteilung zufolge hat das Team für die Tandemzelle organische Halbleiter mit Perowskit-Halbleitern kombiniert, die auf einer Blei-Halogen-Verbindung basieren. Die organischen Halbleiter kamen demnach für den ultravioletten und sichtbaren Teil des Lichtes zum Einsatz, das Perowskit für den nahen Infrarotbereich. An ähnlichen Materialkombinationen sei schon in der Vergangenheit geforscht worden, doch dem Forschungsteam sei es nun gelungen, deren Leistungsfähigkeit entscheidend zu steigern. Während zu Projektbeginn die weltweit besten Perowskit-Organik-Tandemzellen einen Wirkungsgrad von circa 20 Prozent gehabt hätten, habe das Forschungsteam nun einen neuen Bestwert von 24 Prozent erzielt.

„Um eine solch hohe Effizienz zu erreichen, mussten innerhalb der Solarzelle die Verluste an den Grenzflächen zwischen den Materialien minimiert werden“, so Selina Olthof vom Institut für Physikalische Chemie der Uni Köln. „Hierzu entwickelten die Wuppertaler Forscher einen sogenannten Interconnect, der die organische Subzelle mit der Perowskitzelle elektrisch und optisch verbindet.“ Um Verluste so gering wie möglich zu halten, wurde demnach als Interconnect eine 1,5 Nanometer dünne Schicht aus Indiumoxid in die Solarzelle integriert.

Simulationen der Arbeitsgruppe zeigen, dass mit diesem Ansatz in Zukunft Tandemzellen mit einem Wirkungsgrad jenseits der 30 Prozent erreichbar sind. Zudem sei zur Herstellung beider Halbleiter der Bedarf an Material und Energie bedeutend geringer als bei konventionellen Siliziumzellen, was die Möglichkeit eröffne, noch nachhaltigere Solarzellen zu entwickeln.

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