Billig-Solarzelle der Zukunft besteht aus Perowskit
Neue Produktionstechnik senkt Kosten und steigert Energieausbeute
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Perowskit-Solarzelle: Sie liefert mehr Strom (Grafik: André D. Taylor, nyu.edu) |
New York/Peking (pte002/25.06.2018/06:05) Solarzellen auf der Basis von Perowskit, einem Mineral, das häufig vorkommt, haben große Chancen, Siliziumzellen zu verdrängen. Ständig melden Forscher neue Rekorde beim Wirkungsgrad. Allerdings ist die Herstellung noch zu teuer. Das wird sich dank der Innovation eines Forscher-Teams ändern, das André D. Taylor, Juniorprofessor an der New York University http://nyu.edu , und Yifan Zheng von der Peking University http://english.pku.edu.cn leiten.
Sprühen statt Schleudergießen
Die Wissenschaftler haben eine Alternative für das Aufbringen einer kritischen Schicht oberhalb des Kristalls, der "Elektronen-Autobahn", gefunden. Dabei handelt es sich um die negative Elektrode. Es ist gelungen, diese Schicht aufzusprühen. Sie besteht aus [6,6]-phenyl-C(61)-butyric acid methylester (PCBM), einer chemischen Verbindung aus der Gruppe der Fullerene. Diese wiederum bestehen aus Kohlenstoffatomen, die Fünf- und Sechsecke bilden und eine kugelförmige Gestalt annehmen. PCBM ist ein Halbleiter.
"Das Schlüsselproblem, das es zu lösen galt, war das Aufbringen der negativen Elektrode, ohne die anderen Schichten zu zerstören", sagt Taylor. Üblicherweise geschieht das durch Schleudergießen. Eine Flüssigkeit wird aufgebracht, die sich beim Rotieren verteilt. Die entstehende Schicht ist allerdings nicht gleichmäßig dick. Das reduziert die Ausbeute an Strom. Außerdem lässt sich diese Technik nur bei kleinen Flächen anwenden, sodass eine kostengünstige Produktion nicht möglich ist. Die Sprühtechnik sorgt dagegen für eine gleichmäßige Schichtdicke. Zudem ist sie für große Flächen geeignet.
Bald Wirkungsgrad von 30 Prozent
Mit diesem Verfahren lassen sich Solarzellen mit 30 Prozent Wirkungsgrad herstellen. Die heute besten kommen auf allenfalls 20 Prozent, lassen sich allerdings nicht kostengünstig herstellen. Das wird mit der Sprühelektrode anders. Die Forscher glauben, dass die Herstellung von Perowskit-Solarzellen dadurch so günstig wird, dass Silizium kaum noch Chancen hat. Das Potenzial von Perowskit-Solarzellen ist besonders hoch, weil der verwendete Kristall sämtliche Wellenlängen des Lichts nutzt, sodass mehr Elektronen freigesetzt werden, also mehr Strom fließt. Mit Silizium gelingt das nur, wenn man Tandem- oder gar Triple-Zellen mit unterschiedlichen Materialien baut, die jeweils ein bestimmtes Frequenzspektrum nutzen.
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