Effizienz-Rekord bei Quantenpunkt-Solarzellen aufgestellt

Forscher*innen haben einen neuen Rekord bei Quantenpunkten-Solarzellen aufgestellt. Ihre Zellen haben einen Wirkungsgrad von 18,1 Prozent. Das ebnet den Weg für kostengünstigere und effizientere Solarzellen. 

Bei Quantenpunkten handelt es sich um winzige Nanostrukturen, meist aus Halbleitermaterial. Es kann beeinflusst werden, in welcher Farbe sie das aufgenommene Licht wieder abgeben. Das ist einerseits für Displays oder Lampen interessant. Es kann aber auch die Effizienz von Solarzellen steigern. Die Entdecker der Quantenpunkte wurden 2023 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

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Mehrere Wellenlängen absorbieren

Normalerweise bestehen Solarzellen aus einem bestimmten Material, das Licht in nur einer Wellenlänge absorbiert. Gängig ist etwa Silizium, das rote Lichtwellenlängen absorbiert. Mit den Quantenpunkten können aber mehrere Wellenlängen absorbiert werden. 

Die Forscher*innen verwendeten dafür das Mineral Perowskit, das auch in anderen experimentellen Solarzellen, wie Tandemzellen, genutzt wird. Um das an ein Substrat zu binden und ein stabiles Material zu erhalten, werden hier sogenannte Liganden genutzt. Die Forscher*innen identifizierten ein bestimmter Ligand, mit dem die Quantenpunkte näher nebeneinander platziert werden konnten. 

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Zudem konnten sie damit organisches Perowskit verwenden. Das ist eigentlich weniger stabil als anorganisches Perowskit, hat aber einen höheren Wirkungsgrad. Anorganisches ist auf 16 Prozent begrenzt. Mit ihrer neuen Methode konnten sie den Wirkungsgrad auf 18,1 Prozent steigern. Das Ergebnis wurde vom National Renewable Energy Laboratory in den USA zertifiziert.

Stabiles Material 

Ein weiteres Problem bei der Arbeit mit organischem Material für Quantenpunkten-Solarzellen war bisher, dass sie nicht sehr langlebig sind. Bestimmte Liganden zerstören aber die Kristallstruktur des Perowskit und es ist nicht gegen dauerhafte Sonneneinstrahlung und schlechte Witterung gewappnet. Damit scheinen sie eigentlich ungeeignet für Solardächer, die genau dem standhalten müssen. 

Die neue Methode, das Material zu binden, macht es auch stabiler. Damit sollen die Zellen 1.200 Stunden Beleuchtung in einem offenen Stromkreis und 300 Stunden bei 80 Grad standgehalten haben. Außerdem blieb es auch nach 2 Jahren Langzeitlagerung erhalten. Die Ergebnisse der Forschung wurden im Fachmagazin nature veröffentlicht.

Vielversprechende Technologie

Die Entwicklung steht noch am Anfang, schreitet aber schnell voran. Sobald ein kommerzieller Einsatz möglich wird, könnte das Solarzellen effizienter und günstiger machen. Da sie auch als Sprühlösung aufgetragen werden können, lassen sie sich außerdem auf einer Vielzahl an Oberflächen anbringen.