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pte20210225025 Umwelt/Energie, Forschung/Entwicklung

Perowskit-Solarzellen nehmen nächste Hürde

MIT-Forscher erhöhen den Wirkungsgrad mithilfe einer optimierenden Schicht aus Zinndioxid


Darstellung der überarbeiteten Perowskit-Zelle (Grafik: CUBE3D Graphic, mit.edu)
Darstellung der überarbeiteten Perowskit-Zelle (Grafik: CUBE3D Graphic, mit.edu)

Cambridge/Berlin (pte025/25.02.2021/11:30) - Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) http://mit.edu haben Perowskit-Solarzellen so optimiert, dass der Wirkungsgrad jenen gängiger Siliziumzellen übertrifft. Sie setzen dabei auf eine Schicht aus Zinndioxid, die die Perowskit-Struktur von der leitenden Schicht trennt, die als Elektrode dient. In bisherigen Perowskit-Zellen befindet sich diese Schicht direkt auf dem Kristall.

Smarter Schichtaufbau

Bisher kämpfen die Forscher in aller Welt gegen eine Eigenart der Perowskit-Solarzellen, die die Effizienz beeinträchtigt. Denn frisch gebildete Elektronen verbinden sich mit ihren Gegenstücken, den sogenannten Löchern, zu einem neutralen Gebilde, ehe sie in Form von Strom abgezapft werden können. Das soll der neue Schichtaufbau künftig verhindern und die Module konkurrenzfähig machen.

Das Design von Jason Yoo, Moungi Bawendi und Fariborz Maseeh erhöht den Wirkungsgrad der Zelle auf 25,2 Prozent. So übertrifft dieser die meisten Siliziumzellen und nähert sich den Rekordhaltern, auf der Basis von Galliumarsenid, an. Die bisher leistungsfähigsten Zellen haben einen großen Nachteil. Bei ihrer Herstellung wird sehr viel Energie verbraucht, weil die notwendigen Temperaturen bei mehr als 1.000 Grad Celsius liegen. Perowskite begnügen sich dagegen mit 200 Grad Celsius. Außerdem sind sie extrem dünn und damit sehr leicht.

Perowskit versus Silizium

Laut den MIT-Forschern müssen Perowskit-Zellen die Siliziumkonkurrenz nicht verdrängen. Beide könnten sich ergänzen, da sie unterschiedliche Wellenlängen des Sonnenlichts in Strom verwandeln. So ließe sich der Wirkungsgrad drastisch anheben. Berliner Helmholtz-Forscher http://helmholtz-berlin.de , die ebenfalls Perowskit-Zellen entwickeln, erwarten eine Effektivität von 30 Prozent, wenn letzte Hürden abgebaut sind - etwa die, die nun in den USA gefallen ist.

Die Zinkdioxid-Schicht wird mit der Chemischen Badabscheidung erzeugt. "Es ähnelt dem Zubereiten einer Speise", sagt Bawendi. In einem Bad, das die Vorläuferchemikalien der gewünschten Schicht enthält, wird der Kristall eine Weile bei 90 Grad Celsius geköchelt. Dabei bildet sich die Zinndioxid-Schicht. Diese war unterschiedlich effektiv, je nach den Zutaten im Bad. Nach zahlreichen Tests fand das Team die Kombination, die die besten Ergebnisse brachte. Nächste Aufgabe der Forscher ist die Skalierung des Verfahrens, also die Herstellung von großflächigen Modulen. Bisher haben die innovativen Solarzellen lediglich Laborgröße.

(Ende)
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