Wirkungsgrad 32,5 Prozent: Deutsche Forscher stellen neuen Solarzellen-Rekord auf

Für den Ausbau der Solarenergie werden weltweit immer mehr Flächen benötigt. Teilweise wird daher auch über kreative Lösungen nachgedacht – etwa schwimmende Solarparks oder die sogenannte Agri-Photovoltaik. Theoretisch ist es aber auch denkbar, die vorhandenen Flächen schlicht besser zu nutzen. Möglich wäre dies durch effizientere Solarzellen. Im Idealfall könnte so zukünftig auf der selben Fläche deutlich mehr Solarenergie erzeugt werden. Tatsächlich gab es hier zuletzt einiges an Fortschritten. Sichtbar wird dies unter anderem am National Renewable Energy Lab in den Vereinigten Staaten. Dort existiert eine offizielle Liste mit den weltweit jeweils effizientesten Solarzellen. Zuletzt führte dort die Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne aus der Schweiz. Die Forscher dort haben eine Tandem-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 31,3 Prozent entwickelt und damit erstmals die 30-Prozent-Grenze überschritten. Nun konnten Forscher am Helmholtz-Zentrum in Berlin aber einen neuen Rekordwert von 32,5 Prozent vermelden.

Tandem-Solarzellen sorgen für Effizienzsprünge

Auch hierbei handelt es sich um eine sogenannte Tandem-Solarzelle. Diese besteht vereinfacht ausgedrückt aus zwei Schichten: Einer vergleichsweise klassischen Unterzelle aus Silizium sowie einer Topzelle aus Perowskit. Letztlich kommt es so zu einer Art Arbeitsteilung. So werden von der oberen Zelle zunächst die blauen Lichtanteile verwertet, während im unteren Teil der rote und nahinfrarote Teil abgedeckt wird. Auf diese Weise lässt sich ein deutlich größeres Spektrum des Lichts verwerten als bei klassischen Solarmodulen. Allerdings ist der Ansatz auch nicht ganz neu, sondern kam auch schon bei der Schweizer Rekord-Solarzelle zum Einsatz. Den Helmholtz-Forschern ist es aber gelungen, diese grundlegenden Prozesse in vielen Details noch einmal zu verbessern und so letztlich den noch höheren Wirkungsgrad zu erreichen. Zu Beginn setzten sie auf neuartige analytische Messmethoden, um ein noch genaueres und besseres Verständnis der ablaufenden Mechanismen zu erhalten. Daraus leiteten sie dann wiederum verschiedene Verbesserungen ab.

Viele kleinere Verbesserungen führten zum Ziel

So kam unter anderem eine leicht überarbeitete Perowskit-Verbindung zum Einsatz. Außerdem wurde die Oberfläche gezielt modifiziert, sodass Verluste der Ladungsrekombination größtenteils unterdrückt werden konnten. Auch bei den verschiedenen Dünnschichten, die zu einer möglichst optimalen Verwertung des Lichts beitragen, kam es zu Verbesserungen. Die Kombination all dieser vergleichsweise kleinen Maßnahmen führte letztlich zu Rekordwerten bei Photospannung und Effizienz. Gleichzeitig dürfte in all diesen Bereichen aber auch das Ende der Fahnenstange noch nicht erreicht sein. Noch effizientere Solarzellen sind also auch in naher Zukunft keineswegs ausgeschlossen. Die Herausforderung besteht allerdings noch darin, all diese technologischen Fortschritte auch zur Marktreife zu bringen, damit sie großflächig zum Einsatz kommen können. Dadurch würde sich nicht nur der Flächenbedarf reduzieren, sondern es ergäben sich auch neue Einsatzszenarien. Solarautos beispielsweise würden von effizienteren Solarzellen enorm profitieren.

Via: Helmholtz Berlin