Helmholtz-Zentrum bricht Weltrekord beim Wirkungsgrad von Solarzellen

Berliner Forscher haben es geschafft, den Wirkungsgrad von speziellen Tandemsolarzellen auf Perowskit-Silizium-Basis auf fast 30 Prozent zu steigern. Herkömmliche Solarzellen aus Silizium erreichen Wirkungsgrade von bis zu 25 Prozent.

Tandem Solarzelle Kleine Zelle, große Ausbeute (Amran Al-Ashouri/HZB)

Die neuentwickelte Zelle bietet einen Wirkungsgrad von 29,80 Prozent und übertrifft damit den ebenfalls im Berliner Helmholtz-Zentrum (HZB) aufgestellten Rekord von 29,15 Prozent vom vergangenen Jahr. Tandemzellen tragen ihren Namen, weil sie über mehrere Schichten verfügen, so dass jede Schicht das Licht eines bestimmten Spektrums in elektrische Energie wandeln kann. Die herkömmliche Siliziumtechnik ist inzwischen mit rund 25 Prozent so gut wie ausgereizt.

Allerdings ist seit einigen Jahren die Materialklasse der Metallhalogenid-Perowskite in Fokus der weltweiten Forschung gerückt. Das Grundmaterial dafür, das Perowskit ist ein häufig vorkommendes Mineral. Weiterer Vorteil: Während Solarzellen auf Siliziumbasis einer hohen Reinheit bedürfen und deshalb in der Herstellung nicht billig sind, reicht bei Perowskit-Zellen auch weniger reines Material. Und Perowskit-Zellen ergänzen in der Tandemtechnik die Siliziumschichten, weil sie weitere Spektralbereiche des Lichtes erschließen.

Grenzüberschreitung als Ziel

Für die Optimierung der Lichtabsorption setzten die Berliner Forscher Nanotexturen ein. Gleichzeitig verbesserten sie die Rückseite der Zelle, die das infrarote Licht zurück in den Silizium-Absorber reflektiert. Der Wirkungsgrad von 30 Prozent, den die Wissenschaftler nur knapp verfehlten, gilt als psychologische Schallgrenze für die Silizium-Perowskit-Tandemtechnik. Theoretisch könnte der Wirkungsgrad auch auf 39 Prozent gesteigert werden.

Jetzt wollen die Forscher die Leistung noch weiter steigern. Dazu sollen die bewährten Nanostrukturen an beiden Seiten der Absorberschichten angebracht werden. Langfristig peilen die HZB-Forscher Wirkungsgrade von 34 Prozent an. Doch der nächste Schritt ist die Überschreitung der magischen Grenze von 30 Prozent. „Das könnte die Photovoltaik-Industrie in naher Zukunft revolutionieren“, erklärt Steve Albrecht vom HZB.

Mehr: Perovskite-Info