Die Steigerung der Effizienz von Solarzellen, um Unabhängigkeit von fossilen Energiequellen zu erreichen, ist ein Schwerpunkt der Solarzellenforschung. Ein Team um den Physiker Dr. Felix Lang von der Universität Potsdam sowie Prof. Lei Meng und Prof. Yongfang Li von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking hat erfolgreich Perowskit mit organischen Absorbern integriert und so eine Tandem-Solarzelle mit Rekordwirkungsgraden entwickelt, wie das Fachmagazin Nature berichtet.
Dieser Ansatz beinhaltet die Kombination zweier Materialien, die selektiv kurze und lange Wellenlängen – insbesondere den blau-grünen und den rot-infraroten Spektralbereich – absorbieren und so die Nutzung des Sonnenlichts optimieren. Traditionell stammen die effektivsten rot-infrarotabsorbierenden Komponenten in Solarzellen aus konventionellen Materialien wie Silizium oder CIGS (Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid). Diese Materialien erfordern jedoch typischerweise hohe Verarbeitungstemperaturen, was zu einem erheblichen CO2-Fußabdruck führt.
In ihrer jüngsten Veröffentlichung in Nature kombinieren Lang und seine Kollegen zwei vielversprechende Solarzellentechnologien: Perowskit- und organische Solarzellen, die bei niedrigeren Temperaturen verarbeitet werden können und einen geringeren CO2-Fußabdruck aufweisen. Mit dieser neuen Kombination einen beeindruckenden Wirkungsgrad von 25,7 % zu erreichen, war eine anspruchsvolle Aufgabe, wie Felix Lang anmerkte: „Dieser Durchbruch war nur durch die Kombination zweier bedeutender Fortschritte möglich.“ Der erste Durchbruch war die Synthese einer neuen Rot-/Infrarot-absorbierenden organischen Solarzelle durch Meng und Li, die ihre Absorptionsfähigkeit bis in den Infrarotbereich hinein erweitert. Lang führte weiter aus: „Tandem-Solarzellen stießen jedoch an ihre Grenzen aufgrund der Perowskitschicht, die erhebliche Effizienzverluste erleidet, wenn sie so konzipiert ist, dass sie hauptsächlich die blauen und grünen Segmente des Sonnenspektrums absorbiert. Um dies zu überwinden, haben wir eine neuartige Passivierungsschicht auf dem Perowskit implementiert, die Materialfehler mildert und die Gesamtleistung der Zelle verbessert.“
Veröffentlichungszeit: 12. Dezember 2024