Revolution in der Solarenergie: 33,1% Effizienz dank neuer Passivierung!

Revolution in der Solarenergie: 33,1% Effizienz dank neuer Passivierung!

Ein internationales Forschungsteam, an dem die King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), die Universität Freiburg sowie das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE beteiligt sind, hat bemerkenswerte Fortschritte bei der Effizienz von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen gemacht. Diese innovativen Solarzellen kombinieren eine Perowskit-Oberzelle mit einer Silizium-Unterzelle und erreichen durch fortschrittliche Passivierungsmethoden Effizienzsteigerungen, die die Möglichkeiten bislang weit übertreffen. Dr. Oussama Er-Raji, Hauptautor und Postdoktorand am INATECH der Universität Freiburg, berichtet von beeindruckenden Ergebnissen, die in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurden.

Während herkömmliche Siliziumsolarzellen maximal 29,4 Prozent Effizienz erzielen, konnten die passivierten Tandemsolarzellen Wirkungsgrade von bis zu 33,1 Prozent erreichen. Die behandelten Zellen wiesen zudem eine Leerlaufspannung von 2,01 Volt auf. Dies ist ein significanter Fortschritt, da die bislang genutzte Passivierungstechnik sich auf flache Oberflächen beschränkte. Die neue Methode der Passivierung, durch die Abscheidung von 1,3-Diaminopropan-Dihydroiodid auf unebene Oberflächen, hat sich als entscheidend erwiesen.

Innovative Passivierung für die Zukunft

Die Passivierung verbessert nicht nur die Effizienz der Zellen, sondern erhöht auch die Leitfähigkeit und den Füllfaktor. Besonders bemerkenswert ist, dass die Passivierung bei Perowskit-Solarzellen die gesamte Schicht beeinflusst, im Gegensatz zu Siliziumsolarzellen, wo sie nur auf die oberen Schichten wirkt. Diese Entdeckung könnte als Basis für zukünftige Forschungen dienen und bietet vielversprechende Perspektiven für die Entwicklung noch leistungsfähigerer Solarzellen

Die Ergebnisse hängen eng mit dem Fraunhofer-Leuchtturmprojekt „MaNiTU“ sowie weiteren Initiativen, wie „PrEsto“ und „Perle“, zusammen, die vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert werden. Diese Projekte fokussieren sich nicht nur auf die Effizienzsteigerung, sondern auch auf die Nachhaltigkeit von Solarzellen.

Vereinbarkeit von Effizienz und Nachhaltigkeit

Zusätzlich erforschen Forscher des Fraunhofer Betriebes Materialien mit Perowskit-Kristallstruktur, wobei festgestellt wurde, dass nur bleihaltige Perowskite in der Lage sind, hohe Effizienzen zu erzielen. Auch wenn diese Materialien gegenwärtig effizient sind, liegt eine Herausforderung in der Suche nach alternativen, nicht giftigen, bleifreien Materialien. Trotz dieser Herausforderungen haben die Wissenschafter bedeutende Fortschritte in der Entwicklung hocheffizienter Demonstratoren gemacht. Ein Beispiel ist eine Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle mit einer Fläche von über 100 Quadratzentimetern, die durch Siebdruckmetallisierung hergestellt wurde.

Die fortschrittlichen Recyclingprozesse, die in den Projekten untersucht wurden, könnten eine Kreislaufwirtschaft für bleihaltige Perowskite ermöglichen. Diese Forschungen, die sich mit der Herstellung neuer Materialien und der Entwicklung geeigneter Herstellungsprozesse befassen, sind entscheidend, um die Photovoltaik-Technologie wieder an die Spitze der globalen Wettbewerbsfähigkeit zu bringen.

Im Rahmen von „MaNiTU“ wurden auch neue Produktionsverfahren entwickelt, die eine hochwertige Perowskit-Dünnschicht ermöglichen. Eine integrierte Produktionsstraße befasst sich mit der Temperatursensitivität der Perowskitzellen, welche die Herstellung unter 100 °C erfordert, um die Qualität der Frontkontaktstrukturen zu gewährleisten. Diese technologischen Fortschritte zeigen das Potenzial auf, welches im Bereich der Solarenergie noch nicht vollständig ausgeschöpft wurde.

Zusammengefasst zeigen die wissenschaftlichen Arbeiten, dass die Zukunft der Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen vielversprechend ist und sowohl Effizienz als auch Nachhaltigkeit im Fokus stehen. Dieses innovative Forschungsteam schlägt damit einen wichtigen Weg für die nächste Generation von Solartechnologien vor.