Perowskit-Tandemsolarzellen

Zur Solarenergie arbeiten Forschende von Helmholtz Energy an der Entwicklung von Perowskit-Tandemsolarzellen, die als die Zukunft der Photovoltaik-Industrie gelten. Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung hocheffizienter und stabiler Solarzellen, um die Kosten für Stromerzeugung zu verringern. Der folgende Steckbrief zeigt die Arbeit der Abteilung Perowskit Tandemsolarzellen am Helmholtz-Zentrum Berlin.

Visualisierung des Schichtstapels einer Perowskit/Silizium Tandemsolarzelle

Forschungsthema

Perowskite:

•Halbleitermaterial mit exzellenten optoelektronischen Eigenschaften zur photovoltaischen Anwendung

•Einstellbarkeit von Materialeigenschaften wie z.B. Bandlücke

Mehrfachsolarzellen:

•Mehrere Solarzellen aus verschiedenen Materialien werden gestapelt.

•Nutzung verschiedener Spektralbereiche für effizientere Umwandlung des Sonnenlichts

Querschnitt einer Perowskit/Perowskit Tandemsolarzelle im Rasterelektronenmikroskop

Methoden

•Herstellung von Perowskit- Einzel- und Stapel-Solarzellen mit modernsten Verfahren:

•Nasschemie: Schleuder- und Schlitzdüsen-Beschichtung für Prozessentwicklung und Skalierung auf große Flächen

•Ko-Verdampfen von Perowskiten als skalierbares Verfahren zur Abscheidung von Perowskiten im Vakuum

•Integration in Tandem- und Tripel-Solarzellen, z.B. Perowskit/Silizium, Perowskit/Perowskit

•Analyse der entwickelten Schichten und Bauelemente mit spezialisierten, zum Teil selbst entwickelten und weltweit einzigartigen Messverfahren, u.a. am Synchrotron BESSY II

Blick in eine Handschuhbox zur Herstellung von Perowskit-Solarzellen

Forschungsziele

•Verbesserung der Effizienz und Stabilität von Perowskit-basierten Mehrfachsolarzellen

•Verständnis von optischen und elektrischen Verlustprozessen

•in den vergangenen Jahren konnten wir mehrere Weltrekordwirkungsgrade für Perowskit/Silizium- und Perowskit/CIGS-Tandemsolarzellen erzielen

•Entwicklung neuer Perowskit- und Kontakt-Materialien mit verbesserten elektronischen Eigenschaften und erhöhter Stabilität

•Zusammenarbeit mit Industriepartnern in Projekten zur Bauelement- und Prozessentwicklung

Charakterisierung einer Perowskit/Silizium Tandemsolarzelle

Gesellschaftlicher Nutzen

•Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung und Reduzierung von CO₂– Emissionen

•höhere europäische Energieunabhängigkeit durch Wegfall von Energieimporten

•Potential für sehr kurze Energie-Amortisationszeiten (Zeit, die ein Solarmodul benötigt, um die Energie seiner Herstellung zu kompensieren) und geringe Netto-Kosten der Stromerzeugung

•Dünnschichtsolarzellen aus Perowskit benötigen wenig Material, sind also ressourcenschonend und erlauben eine kostengünstige Herstellung