Tandem-Solarzelle mit Rekordwirkungsgrad

Den Wirkungsgrad von Solarzellen zu verbessern, um von fossilen Energie­quellen unabhängig zu werden, ist ein wesentliches Ziel der Solarzellen­forschung. Ein Team um den Physiker Felix Lang von der Universität Potsdam, Lei Meng und Yongfang Li von der chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking, kombinierte nun Perowskit mit organischen Absorbern zu einer Tandem-Solar­zelle auf Rekordniveau.

Indem man bei Solarzellen zwei Materialien kombiniert, die jeweils kurze und lange Wellenlängen absorbieren und damit sowohl den blauen/grünen als auch den roten/infra­roten Spektral­bereich abdecken, kann man das Sonnenlicht optimal nutzen. Dies ist eine bekannte Strategie, um die Effizienz von Solarzellen zu steigern. Die besten rot/infrarot-absor­bierenden Teile von Solarzellen wurden bisher traditionell aus Silizium oder CIGS (Kupfer-Indium-Gallium-Selen) hergestellt. Leider erfordern diese Materialien hohe Verarbeitungs­temperaturen und haben daher einen relativ großen CO₂-Fußabdruck.

In ihrer Arbeit kombinieren Lang und Kollegen nun zwei aufstrebende Solarzellen­technologien, nämlich Perowskit- und organische Solarzellen, die beide bei niedrigen Temperaturen und mit einem geringen CO₂-Fußabdruck verarbeitet werden können. Es war jedoch nicht einfach, bei dieser neuen Kombination einen Rekord­wirkungsgrad von 25,7 Prozent zu erreichen, so Felix Lang: „Dies war nur möglich, weil uns zwei wichtige Durchbrüche gelungen sind.“ 

Erstens synthetisierten Meng und Li eine neuartige rot/infrarot-absor­bierende organische Solarzelle, die ihre Absorption noch weiter als bisher in den infraroten Bereich ausdehnt. „Dennoch waren die Tandem-Solarzellen durch die Perowskit­schicht limitiert, die so konfiguriert ist, dass sie nur die blauen/grünen Teile des Sonnenspektrums absorbiert und dadurch starke Effizienz­verluste aufweist“, erklärt er. „Um dieses Problem zu lösen, haben wir eine neuartige Passivierungs­schicht auf das Perowskit aufgebracht, die Materialfehler reduziert und die Leistung der gesamten Zelle verbessert.“

U. Potsdam / JOL