Forschung

Durchbruch bei Solarzellen bringt Wirkungsgrad über die 30%-Barriere

© Niels van Loon
© Niels van Loon

Solarenergie gilt seit einigen Jahren als günstigste Energiequelle aller Zeiten – und die Technologie ist dabei noch lange nicht am Ende. Denn während heutige Solarzellen meistens einen Wirkungsgrad von 22 Prozent erreichen, ist es einem Forscher:innen-Team aus den Niederlanden nun gelungen, die Barriere zu 30 Prozent zu durchbrechen – etwas, was die Wissenschaft schon lange anstrebt.

Die Forschungseinrichtungen von TNO, TU Eindhoven, imec und der TU Delft haben in einer gemeinsamen Allianz – die konsequenterweise Solliance heißt – gemeinsam mit den beiden Forscher:innen Adriana Creatore und Rene Janssen kürzlich ihre Ergebnisse präsentiert. Auf der 8. World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC-8) in Mailand zeigten sie eine hocheffiziente Tandemzelle. Diese zeigt vor, wie die aufkommenden Perowskit-Solarzellen mit herkömmlichen Silizium-Solarzellentechnologien kombiniert werden können.

Grundsätzlich besagt der Wirkungsgrad einer Solarzelle, wie das Verhältnis zwischen abgegebener elektrischer Energie und einstrahlender Lichtenergie ist – je näher bei 100%, desto besser. Wenn die Forscher:innen nun die 30%-Barriere durchbrochen haben, dann bedeutet das: „Diese hohe Effizienz ermöglicht mehr Leistung pro Quadratmeter und geringere Kosten pro kWh“, heißt es in einer Aussendung. Das ist eine gute Nachricht, da die Flächen für Photovoltaik-Anlagen oft begrenzt sind – und günstigere Energie generell jede:r möchte.

Yifeng Zhao (TUDelft), Mehrdad Najafi (TNO), Valerio Zardetto (TNO), Dong Zhang (TNO). © Niels van Loon
Yifeng Zhao (TUDelft), Mehrdad Najafi (TNO), Valerio Zardetto (TNO), Dong Zhang (TNO). © Niels van Loon

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Tandem-Zelle mit 2 Schichten

Eine Tandem-Zelle besteht, vereinfacht gesagt, aus zwei Schichten: Die obere Perowskit-Schicht ist transparent, verwertet vor alle das Licht im Ultroviolett-Bereich und lässt etwa 93% des Infrarotlichts zur unteren Schicht durch. Diese Perowskit-Zellen erreichen dabei einen Wirkungsrad von bis zu 19,7%. Die darunter liegende Schicht von Silizium-Solarzellen verwertet das restliche Licht, das durch die Perowskit-Zellen durchkommt, und erreichen dabei noch einen Wirkungsgrad von weiteren 10,4 % – macht zusammen also eine Ausbeute von 30,1%.

„Jetzt kennen wir die Inhaltsstoffe und können die Schichten kontrollieren, die erforderlich sind, um einen Wirkungsgrad von über 30 % zu erreichen. In Kombination mit dem in den letzten Jahren gesammelten Fachwissen über die Skalierbarkeit von Materialien und Prozessen auf großen Flächen können wir uns mit unseren Industriepartnern darauf konzentrieren, diese Technologie mit einem Wirkungsgrad von über 30 % in die Massenproduktion zu bringen“, soProf. Gianluca Coletti, Programmmanager für Tandem-PV-Technologie und -Anwendungen bei TNO.

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