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Halbtransparente Perowskit-Solarzelle: Sie absorbiert UV-Licht und blaues sichtbares Licht. Rotlicht und Infrarot-Strahlung lässt sie auf eine untergeordnete Solarzelle passieren. Bild: Empa
Photovoltaik

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Tandem-Solarzelle auf dem Weg zur Massenproduktion

Schweizer Empa-Forscher haben ein Verfahren entwickelt, das sogenannte Tandem-Solarzellen in preisgünstiger Roll-to-Roll-Produktion möglich macht.

Ein Forscher-Team vom Empa-Labor für Dünnschicht und Photovoltaik, hat es geschafft, per Roll-to-Roll-Verfahren (R2R) eine preisgünstige Tandem-Solarzelle herzustellen, die sich auf flexible Kunststofffolien auftragen lässt. Nach Angaben des Forschungsinstituts der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich ist damit ein wichtiger Meilenstein zur Massenproduktion hoch effizienter Solarzellen erreicht. Bislang wurde die aufwändige Technik vorwiegend in der Raumfahrt eingesetzt. Für die Massenproduktion waren Tandem-Zellen zu teuer.

Bei einer Tandem-Solarzelle liegen zwei Solarzellen übereinander, von denen eine halb transparent ist. So lässt sich ein größerer Anteil der Lichtenergie in Strom umwandeln, weil die Energie in zwei Stufen aufgenommen wird. Das Besondere an dem neuen R2R-Verfahren ist, dass die Forscher eine zusätzliche Solarzellenschicht in einem Niedrigtemperaturverfahren bei nur 50 Grad Celsius erzeugen. Das verspricht für künftige Herstellungsprozesse einen Energie und Kosten sparenden Produktionsschritt.

Auf Anhieb erreichte die Tandem-Solarzelle einen Wirkungsgrad von 20,5 Prozent bei der Umwandlung von Licht in Strom. Sie liegt damit laut Empa auf Augenhöhe mit den besten bisher produzierten flexiblen Solarzellen der Welt. „Während sehr gute einstufige Solarzellen maximal 25 Prozent der Sonnenenergie in Strom umwandeln, könnten Tandem-Solarzellen auch die 30-Prozent-Marke knacken“, sagt Ayodhya Tiwari, Leiter des Labors für Dünnschicht und Photovoltaik. Doch bis dahin sei noch viel Forschungsarbeit nötig.

Der Schlüssel zum Erfolg war die Entwicklung einer halbtransparenten Solarzelle aus Methyl-ammonium-Bleiiodid, das sich in Form winziger Perowskit-Kristalle abscheidet. Als Unterlage für den Perowskit dient eine Substanz mit dem Kürzel PCBM (Phenyl-C61-Buttersäure-Methylester). Jedes Molekül PCBM enthält 61 Kohlenstoff-Atome, die in Form eines Fußballs miteinander verknüpft sind. Auf diese Fußballschicht wird sozusagen lauwarm der Perowskit aufgedampft. Dieser Kristall schluckt UV-Strahlen und den blauen Anteil des sichtbaren Lichts und verwandelt diese in Strom. Rotes Licht und Infrarot-Strahlung lässt der Kristall jedoch passieren. So können die Forscher unter der halbtransparenten Perowskit-Zelle eine weitere Solarzelle anordnen, die das restliche Licht in Elektrizität umwandelt.

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