Rekord: Wirkungsgrad von Solarzelle erreicht erstmals 32,5%
Zuletzt haben es Forscher:innen aus den Niederlanden geschafft, die bisherige Barriere beim Wirkungsgrad von Solarzellen bei 30% zu überwinden – und kamen mit einer so genannten Tandem-Zelle aus Perowskit und Silizium auf 30,1 Prozent. Dann schafften Forscher:innen der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne in der Schweiz 31,3%. Und Jetzt wandert der Titel nach Deutschland – nämlich zum Helmholtz Zentrum Berlin (HZB). Denn dort hat man nun einen Wirkungsgrad von 32,5 Prozent geschafft – ebenfalls mit einer Tandem-Zelle.
Prinzipiell ist der Wirkungsgrad, der heute bei herkömmlichen Solarzellen bei etwa 22 Prozent liegt, wichtig für die Energiegewinnung. Je höher der Prozentsatz, desto größer die Energieausbeute aus den Sonnenstrahlen, die auf die Panels fallen. Bedeutet: Man kann auf gleicher Fläche mehr Strom produzieren, bekommt also mehr Leistung pro Quadratmeter und geringere Kosten pro kWh.
Das ist ein wirklich großer Sprung nach vorne, den wir vor ein paar Monaten noch nicht absehen konnten. Alle beteiligten Teams am HZB, insbesondere das PV-Kompetenzzentrum (PVComB) und die Teams des HySPRINT-Innovationslabors haben erfolgreich und mit Leidenschaft zusammengearbeitet“, so Prof. Steve Albrecht vom HZB. Federführend waren zwei Frauen: Dr. Silvia Mariotti und Dr. Eike Köhnen aus Albrechts Team entwickelten eine Oberflächenmodifikation zur Verringerung der Rekombinationsverluste von Ladungsträgern – und schafften es so, die Tandem-Zelle effizienter als je zuvor zu machen.
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Peroswkit und Silizium im Tandem
Grundsätzlich funktionieren Tandem-Zellen folgendermaßen: Es werden eine untere Zelle aus Silizium und eine obere Zelle aus dem oft als „Wundermaterial“ bezeichneten Perowskit (=Minderal aus der Gruppe der Titanate). Während die obere Zelle blaue Lichtanteile nutzen kann, wandelt die untere Zelle die roten und nahinfraroten Anteile des Lichtspektrums um. So wird die Energieausbeute größer, weil unterschiedlich dünne Schichten helfen, das Licht optimal zu nutzen und elektrische Verluste zu minimieren.
Die Zertifizierungsstelle European Solar Test Installation (ESTI) in Italien hat den neuen Rekord der Berliner Forscher:innen bestätigt. Beim HZB war man immer führend bei der Erforschung von Solarzellen, 2021 schaffte man einen Wirkungsgrad von 29,8%. „Wir freuen uns sehr über den neuen Wert, da er zeigt, dass die Perowskit-Silizium-Tandemtechnologie sehr vielversprechend ist, um zu einer nachhaltigen Energieversorgung beizutragen“, so Albrecht weiter.
Ein weiterer Vorteil von Solarzellen auf Basis von Perowskit ist, dass sie flexibel gebaut werden können, um etwa auf gebogenen Oberflächen (z.B. Autokarosserien) aufgebracht zu werden. Die Massenproduktion steht aber noch aus – die muss nun erst in den nächsten Jahren wirklich anlaufen.
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