{"id":25975,"date":"2022-11-25T10:00:19","date_gmt":"2022-11-25T09:00:19","guid":{"rendered":"https:\/\/www.electrosuisse.ch\/?p=25975"},"modified":"2022-12-08T13:14:52","modified_gmt":"2022-12-08T12:14:52","slug":"die-superkombi-perowskit-trifft-perowskit","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.electrosuisse.ch\/de\/die-superkombi-perowskit-trifft-perowskit\/","title":{"rendered":"Die Superkombi: Perowskit trifft Perowskit"},"content":{"rendered":"

[vc_row][vc_column][vc_column_text]Tandem-Solarzellen, die zwei verschiedene Perowskit-Halbleiter kombinieren, versprechen hohe Wirkungsgrade und lassen sich mit sehr geringem Energieaufwand herstellen. Zusammen mit Partnern aus Industrie und Forschung arbeitet Prof. Dr. Steve Albrecht am HZB daran, diese Vision zu realisieren.<\/strong><\/p>\n

Seinem Team ist es k\u00fcrzlich gelungen, eine Vollperowskit-Tandemsolarzelle mit einem zertifizierten Wirkungsgrad von 27,2% herzustellen. Ein Gespr\u00e4ch \u00fcber die Chance und Herausforderungen der Perowskit-Perowskit-Technologien.<\/p>\n

Mit Ihrem Team waren Sie bereits mehrfach an Weltrekorden mit Tandem-Solarzellen beteiligt. Warum sind Tandem-Solarzellen so ein spannendes Forschungsthema?<\/strong>
\nSteve Albrecht: Schon heute z\u00e4hlt Photovoltaik zu den g\u00fcnstigsten Methoden, um nachhaltig Elektrizit\u00e4t zu erzeugen. Die meisten Solarmodule basieren auf Silizium und erreichen Wirkungsgrade von rund 21%. Diese Technologie st\u00f6sst jedoch bereits an physikalische Grenzen, da sind allenfalls noch kleinere Verbesserungen m\u00f6glich. Das ist bei Tandem-Solarzellen mit Perowskit ganz anders: Die erste Publikation dazu erschien 2015, und seitdem erleben wir eine rasante Entwicklung hin zu Wirkungsgraden, die deutlich \u00fcber denen von Silizium liegen.<\/p>\n

Wie schafft es eine Tandem-Solarzelle, einen gr\u00f6sseren Anteil des Sonnenlichts in elektrische Energie umzuwandeln?<\/strong>
\nEine Tandem-Solarzelle besteht in der Regel aus zwei Halbleitermaterialien mit unterschiedlichen Bandl\u00fccken. Der Halbleiter mit einer niedrigeren Bandl\u00fccke wandelt eher das rote Licht in elektrische Energie um, w\u00e4hrend der Halbleiter mit gr\u00f6sserer Bandl\u00fccke eher das blaue Sonnenlicht umwandeln kann. Dadurch steigt der Wirkungsgrad deutlich an. Wir k\u00f6nnen uns vorstellen, sp\u00e4ter nicht nur zwei oder drei, sondern viele verschiedene Halbleiterschichten \u00fcbereinander zu stapeln, um h\u00f6here Wirkungsgrade zu erreichen.<\/p>\n

Was ist der besondere Charme einer Tandem-Solarzelle aus zwei unterschiedlichen Perowskit-Materialien?<\/strong>
\nDie hybriden organischen-anorganischen Halbleitermaterialien aus der Perowskit-Familie besitzen interessante Eigenschaften: Ihre Bandl\u00fccke l\u00e4sst sich sehr gut beeinflussen, und zwar \u00fcber Ver\u00e4nderungen der chemischen Zusammensetzung. Wir kombinieren ein Perowskit-Material mit niedriger Bandl\u00fccke mit einem zweiten, das eine hohe Bandl\u00fccke besitzt. Daf\u00fcr tauschen wir zum Beispiel das Element Blei teilweise durch Zinn aus, was die Bandl\u00fccke auf etwa 1,25 eV reduziert. Dieses Material kombinieren wir dann mit einer Perowskit-Absorberschicht mit einer besonders grossen Bandl\u00fccke von etwa 1,8 eV, die wiederum viel Brom enth\u00e4lt. Die verschiedenen Perowskite haben aber auch hervorragende optische und elektrische Eigenschaften, wodurch sich hohe Wirkungsgrade erzielen lassen. Rein theoretisch w\u00e4ren sogar Tandem-Wirkungsgrade von weit \u00fcber 40% m\u00f6glich.<\/p>\n

Warum eignen sich Perowskit-Materialien so gut?<\/strong>
\nDie Eigenschaften von Perowskit-Halbleitern lassen sich nicht nur auf die jeweiligen Anforderungen anpassen, es gibt schon jetzt verschiedene kosteng\u00fcnstige und grossfl\u00e4chige Fertigungsverfahren. Damit ist es m\u00f6glich, beliebig geformte PV-Zellen zu produzieren oder Solarmodule auf biegsamen Unterlagen. Da sind der Fantasie kaum Grenzen gesetzt. Zudem kostet die Produktion von reinen Perowskit-Tandem-PV-Modulen nur sehr wenig Energie. Solche Module haben also schon per se einen geringeren CO2<\/sub>-Fussabdruck als zum Beispiel Silizium-basierte Solarmodule, die man derzeit am Markt erh\u00e4lt.<\/p>\n

Wie hat die Arbeit an Vollperowskit-Tandemsolarzellen begonnen?<\/strong>
\nDer Startschuss war das HIPSTER-Projekt, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gef\u00f6rdert wird. Der Name passt nat\u00fcrlich super zu unserem jungen Team hier in Berlin, wir haben ihn aus Buchstaben in diesem Forschungsvorhaben zusammengesetzt. Bereits in der ersten Phase von HIPSTER haben wir gezeigt, dass wir hocheffiziente Tandemsolarzellen entwickeln k\u00f6nnen. Hier haben wir auch die von uns entwickelten selbstorganisierte Monoschichten (sogenannte SAMs) eingesetzt, die hohe Wirkungsgrade erm\u00f6glichten. In der zweiten Projektphase wollen wir die Stabilit\u00e4t der Vollperowskit-Tandemsolarzellen weiter verbessern. Daf\u00fcr m\u00fcssen wir herausfinden, wo es zu elektrischen Verlusten kommt, etwa an Grenzfl\u00e4chen und Kontaktmaterialien innerhalb des gesamten Tandemstapels. Am Ende dieses Grundlagenprojekts m\u00f6chten wir die Stabilit\u00e4t der Vollperowskit-Tandemsolarzellen durch das bessere Verst\u00e4ndnis der Degradationsprozesse deutlich erh\u00f6hen. Wir erwarten, dass diese Tandemzellen \u00e4hnliche Wirkungsgradwerte wie Tandemzellen aus Silizium und Perowskit erreichen.<\/p>\n

Ausserdem sind Sie mit Ihrem Team an einem EU-Projekt zu Vollperowskit-Tandemzellen beteiligt. Worum geht es da?<\/strong>
\nDa denken wir noch etwas gr\u00f6sser und arbeiten daf\u00fcr mit europ\u00e4ischen Partnern aus Wissenschaft und Industrie zusammen. Im Projekt SuPerTandem wollen wir gemeinsam mit Partnern aus acht L\u00e4ndern eine preiswerte Photovoltaiktechnologie mit geringem CO2<\/sub>-Fussabdruck entwickeln. Daf\u00fcr eignen sich Vollperowskit-Tandemzellen, die auf flexiblen Substraten mit Druckverfahren hergestellt werden k\u00f6nnen, perfekt. Ganz konkret wollen wir dazu beitragen, ein Perowskit-Tandemmodul auf 10\u00d710 cm2<\/sup>\u00a0mit einem Wirkungsgrad von \u00fcber 30% zu entwickeln.<\/p>\n

Bislang gelten Perowskit-Solarzellen noch als recht empfindlich. Wie lange werden sie funktionieren und was soll mit solchen Modulen passieren, wenn sie ausgedient haben?<\/strong>
\nBei der Langzeitstabilit\u00e4t hat sich bereits sehr viel verbessert. Wir streben Stabilit\u00e4ten an, die gleichauf mit denen etablierter Silizium-Module liegen. Mehrere Projektpartner arbeiten auch an Recycling-Konzepten. Das Ziel ist eine geschlossene Kreislaufwirtschaft f\u00fcr Vollperowskit-Tandemmodule.<\/p>\n

Wie gut sind Vollperowskit-Tandemsolarzellen aktuell?<\/strong>
\nDer bisher h\u00f6chste gemeldete Wirkungsgrad f\u00fcr Tandemsolarzellen, die ausschliesslich aus Perowskiten bestehen, liegt bei 28,0%. Dazu sind allerdings noch keine wissenschaftlichen Details ver\u00f6ffentlicht. Uns ist es k\u00fcrzlich gelungen, mit einer komplett am HZB entwickelten und von Postdoc Dr. Fengjiu Yang hergestellten Vollperowskit-Tandemsolarzelle einen zertifizierten Wirkungsgrad von 27,2% zu erreichen. Dieser Wert liegt sehr nah an der Bestmarke und wir haben bereits Ideen f\u00fcr weitere Verbesserungen. Wir gehen davon aus, dass durch weitere Optimierungen mit dieser Technologie Wirkungsgrade von 33% realistisch sind.[\/vc_column_text][\/vc_column][\/vc_row]<\/p>\n<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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