Günstiger, flexibler, effizienter – das sind die Vorteile, die Solarzellen auf Basis von Perowskit gegenüber dem bisher dominierenden Halbleitermaterial Silizium bieten. Selbst der hohe Wirkungsgrad der besten Laborzellen von 25,7 Prozent ist kaum geringer als der Wirkungsgrad von Silizium-Solarzellen. Allein die mangelnde Ausdauer der Perovskis bremst die Serienproduktion bisher aus. Doch nun ist es Forschern gelungen, die Langlebigkeit ihrer Prototypen mit einer hauchdünnen Schutzschicht drastisch zu erhöhen. Laut der Zeitschrift Science können ihre Perowskit-Solarzellen mehr als fünf Jahre lang bei Temperaturen von bis zu 35 Grad Celsius Sonnenenergie erzeugen.
Besonders empfindlich sind bisher die Perowskit-absorbierende Schicht für Sonnenlicht und die darunter liegende Schicht für den Transport elektrischer Ladungsträger. Also fügten Yue-Lin Lu von der Princeton University und ihr Team zwischen den beiden Schichten eine nur wenige Atomlagen dicke Schutzschicht aus Cäsium, Blei und Jod hinzu. Das sogenannte zweidimensionale Material wirkt stark stabilisierend auf die umgebenden Schichten, die besonders wichtig für die Gewinnung von Solarenergie sind. Erste Beobachtungen haben bereits gezeigt, dass der Wirkungsgrad der Perowskit-Solarzelle auch nach sechs Monaten nicht nachgelassen hat.
Diese überraschende Stabilität haben Lou und ihre Kollegen dann noch genauer analysiert, indem sie eine Art Stresstest für Solarzellen entwickelt haben. „Wir wollen 30 Jahre Haltbarkeit, aber wir können unsere Zellen nicht 30 Jahre lang testen“, sagte Lou. Forscher setzen ihre Solarzellen daher nicht nur lange Zeit künstlichem Sonnenlicht aus, sondern erhitzen sie auch auf hohe Temperaturen von bis zu 110 Grad Celsius, wodurch der Alterungsprozess von Solarzellen deutlich beschleunigt werden kann. Aus den gesammelten Daten zogen Lou und ihr Team dann Rückschlüsse auf die tatsächliche Betriebsdauer unter kühleren, realistischeren Bedingungen.
Der Stresstest zeigte, dass bei Temperaturen von 110 Grad Celsius der Wirkungsgrad von Solarzellen nach mehr als 2.100 Stunden auf etwa 80 Prozent des ursprünglichen Wirkungsgrads abfiel. Bei 35 Grad Celsius hingegen bemerkten Lou und ihre Kollegen kaum einen Produktivitätsverlust. Genauere Berechnungen zeigen, dass Solarzellen bei moderaten Temperaturen eine überraschend lange Lebensdauer von mehr als fünf Jahren erreichen. Mit den neuen Materialvarianten und Produktionsprozessen ist es den Forschern zufolge möglich, dass Perowskit-Solarzellen 20 bis 30 Jahre lang hocheffiziente Sonnenenergie erzeugen können. Gleichzeitig kann der relativ geringe Wirkungsgrad des Prototyps von 17,4 Prozent weiter gesteigert werden. Daher besteht eine realistische Chance, dass nach einigen Jahren reine Perowskit-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von mehr als 20 Prozent oder Tandem-Perowskit-Silizium-Zellen mit einem Wirkungsgrad von bis zu 30 Prozent in Serie produziert werden können.
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