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KIT-Forscher stellen Perowskit/CIS-Tandem-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von fast 25 Prozent her

Sonnenenergie
Dünnschicht-Photovoltaik: Effizient und vielseitig im Doppelpack

Perowskit/CIS-Tandem-Solarzellen
Perowskit/CIS-Tandem-Solarzellen wandeln bereits jetzt einen relativ großen Anteil des einfallenden Lichts in Strom um. Zukünftige Entwicklungen können den Wirkungsgrad weiter verbessern.
Bild: Marco A. Ruiz-Preciado, KIT

Wenn Solarzellen übereinandergestapelt werden, steigert sich deren Wirkungsgrad. Forscher am KIT haben mit Partnern im EU-Projekt PERCISTAND nun Perowskit/CIS-Tandem-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von fast 25 Prozent hergestellt. Das ist der bislang höchste für diese Technologie. Die Materialkombination sorgt zudem für Leichtigkeit und Vielseitigkeit: Die Tandem-Zellen könnten daher auch an Fahrzeugen, tragbaren Geräten sowie falt- oder rollbaren Vorrichtungen eingesetzt werden. 

Perowskit-Solarzellen haben in zehn Jahren eine steile Entwicklung durchlaufen. Vom Wirkungsgrad her lassen sie sich bereits mit Silizium-Solarzellen vergleichen, die seit langem etabliert sind.

Bei Perowskiten handelt es sich um Materialien mit einer speziellen Kristallstruktur. Forscher machen derzeit die Perowskit-Photovoltaik reif für die praktische Anwendung. Für die Endverbraucher sind Solarzellen desto attraktiver, je mehr Strom pro Flächeneinheit sie erzeugen.

Der Wirkungsgrad lässt sich erhöhen, wenn man zwei oder mehr Solarzellen stapelt. Wenn dabei jede Solarzelle einen anderen Teil des Sonnenlicht-Spektrums absorbiert, lassen sich inhärente Verluste reduzieren und der Wirkungsgrad steigt.

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Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel vom einfallenden Licht in Strom umgewandelt wird. Perowskit-Solarzellen eignen sich dank ihrer Vielseitigkeit hervorragend als Bestandteil solcher Tandems. So wurde mit Tandem-Solarzellen aus Perowskiten und Silizium ein Rekordwirkungsgrad von über 29 Prozent (23,5 Prozent zertifiziert) erreicht – deutlich höher als der von Einzelzellen aus Perowskiten (25,7 Prozent) und Silizium (26,7 Prozent).

Kombination von Perowskiten mit CIS – Mobilität und Flexibilität

Zusätzliche Vorteile verspricht die Kombination von Perowskiten mit anderen Materialien, wie Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS).

Dadurch werden flexible und leichte Tandem-Solarzellen möglich, die sich nicht nur an Gebäuden, sondern auch an Fahrzeugen und tragbaren Geräten anbringen lassen. Solche Solarzellen könnten sogar zur Aufbewahrung gefaltet oder gerollt und bei Bedarf ausgefahren werden, beispielsweise auf Jalousien oder Markisen, die vor Sonne schützen und gleichzeitig Strom erzeugen.

Bei der Solarzelle handelt es sich um eine fast galliumfreie Kupfer-Indium-Diselenid-Solarzelle in einem Tandem. „Die Verringerung der Galliummenge führt zu einer schmalen Bandlücke von etwa einem Elektronenvolt eV, was dem Idealwert von 0,96 eV für die untere Solarzelle in einem Tandem sehr nahekommt“, erklärt Marco A. Ruiz-Preciado, einer der Leiter des Projekts.

Studie zeigt Leistungspotenzial von Perowskit/CIS-Tandem-Solarzellen

Die Studie demonstriere das Leistungspotenzial von Perowskit/CIS-Tandem-Solarzellen und definiere die Basis für zukünftige Entwicklungen, die den Wirkungsgrad weiter verbessern können. Dieser Meilenstein konnte dank der Zusammenarbeit im EU-Projekt PERCISTAND und dank der Kooperation mit der Netherlands Organisation for Applied Scientific Research erreicht werden. Wichtige Vorarbeiten gelangen zudem im nationalen Projekt CAPITANO, gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). (wag)

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