In den vergangenen Wochen hat das Helmholtz‑Zentrum Berlin für Materialien und Energie einen bedeutenden Fortschritt in der Perowskit‑Forschung erzielt. Durch die Entwicklung eines neuen Verfahrens für den Perowskit‑Auftrag in Tandem‑Solarzellen konnten die Wissenschaftler die Effizienz von Photovoltaik‑Systemen erheblich steigern. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der gezielten Einführung einer dünnen Keimschicht, die das Wachstum des Perowskits stark beeinflusst.
Perowskit‑Solarzellen zeichnen sich durch ihre hohe Absorptionsfähigkeit und die Möglichkeit aus, sie in Kombination mit konventionellen Siliziumzellen zu nutzen. Tandem‑Konstruktionen verbinden zwei aktive Schichten, die jeweils unterschiedliche Wellenlängen des Lichts absorbieren, und ermöglichen so eine höhere Gesamteffizienz als reine Perowskit‑ oder Siliziumzellen. Der aktuelle Forschungsstand strebt dabei Erträge über 30 % an.
Ein zentrales Problem bei der Herstellung von Tandem‑Zellen ist die Entstehung von Grenzflächenfehlern zwischen den Schichten. Solche Defekte führen zu Leistungsverlusten, reduzieren die Lebensdauer der Zellen und erschweren die Skalierung auf industrielle Produktion. Daher ist die Kontrolle der Oberflächenbeschaffenheit entscheidend für die weitere Entwicklung.
In den vergangenen Wochen hat das Helmholtz‑Zentrum Berlin für Materialien und Energie einen bedeutenden Fortschritt in der Perowskit‑Forschung erzielt. Durch die Entwicklung eines neuen Verfahrens für den Perowskit‑Auftrag in Tandem‑Solarzellen konnten die Wissenschaftler die Effizienz von Photovoltaik‑Systemen erheblich steigern. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der gezielten Einführung einer dünnen Keimschicht, die das Wachstum des Perowskits stark beeinflusst.
Perowskit‑Solarzellen zeichnen sich durch ihre hohe Absorptionsfähigkeit und die Möglichkeit aus, sie in Kombination mit konventionellen Siliziumzellen zu nutzen. Tandem‑Konstruktionen verbinden zwei aktive Schichten, die jeweils unterschiedliche Wellenlängen des Lichts absorbieren, und ermöglichen so eine höhere Gesamteffizienz als reine Perowskit‑ oder Siliziumzellen. Der aktuelle Forschungsstand strebt dabei Erträge über 30 % an.
Ein zentrales Problem bei der Herstellung von Tandem‑Zellen ist die Entstehung von Grenzflächenfehlern zwischen den Schichten. Solche Defekte führen zu Leistungsverlusten, reduzieren die Lebensdauer der Zellen und erschweren die Skalierung auf industrielle Produktion. Daher ist die Kontrolle der Oberflächenbeschaffenheit entscheidend für die weitere Entwicklung.
Die Forscher des Helmholtz‑Zentrums haben ein Verfahren entwickelt, bei dem zunächst eine sehr dünne Keimschicht auf die Ausgangsfläche aufgebracht wird. Diese Schicht dient als Ausgangspunkt für das Perowskit‑Material und beeinflusst die Nucleation während des Wachstums. Durch die präzise Kontrolle der Schichtdicke konnten die Wissenschaftler die Qualität des Perowskits verbessern.
Die dünne Keimschicht sorgt dafür, dass das Perowskit gleichmäßig über die gesamte Fläche wächst. Durch das kontrollierte Wachstum werden lokale Konzentrationsunterschiede reduziert, was die Homogenität der Schicht erhöht. Außerdem verhindert die Keimschicht die Bildung von Grenzflächenfehlern, die sonst bei herkömmlichen Auftragsverfahren häufig auftreten.
In Tests erreichten die Zellen einen Wirkungsgrad von 30,3 %. Dieser Wert legt nahe, dass die Kombination aus dünner Keimschicht und Perowskit‑Auftrag das Leistungsniveau von Tandem‑Solarzellen erheblich steigern kann. Die Messungen wurden unter standardisierten Testbedingungen durchgeführt.
Vorherige Publikationen berichteten von Effizienzen nahe 29 % für ähnliche Tandem‑Konstruktionen. Der neue Ansatz übertrifft diese Werte deutlich und zeigt, dass das Problem der Grenzflächenfehler lösbar ist. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Technik auf größere Skalen übertragbar sein könnte.
Ein höherer Wirkungsgrad bedeutet für die Industrie potenziell geringere Kosten pro installierter Kilowattstunde. Zudem könnten die neuen Zellen in bestehenden Solarkraftwerken integriert werden, wenn die Kompatibilität gewährleistet ist. Die Technologie könnte die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Solarunternehmen auf dem Weltmarkt stärken.
Die nächsten Forschungsaufgaben werden sich auf die Langzeitstabilität der Zellen konzentrieren. Zusätzlich soll untersucht werden, ob die Dünnschicht in großflächigen Produktionslinien realisiert werden kann. Partnerschaften mit Industriepartnern sind geplant, um die Technologie schneller in die Praxis zu überführen.
Zusammenfassend demonstriert das Helmholtz‑Zentrum, dass die Einführung einer dünnen Keimschicht ein effektiver Weg ist, die Effizienz von Tandem‑Solarzellen zu erhöhen und gleichzeitig die Qualität zu verbessern. Die erzielte Leistung von 30,3 % ist ein wichtiger Meilenstein und bietet eine solide Basis für weitere Entwicklungen in der Perowskit‑Photovoltaik.
