Biegbare Solarzelle stellt neuen Effizienz-Rekord auf

Forscher der Universität Tokyo City haben einen neuen Rekord aufgestellt, berichtet pv magazine. Sie konnten die bisher höchste Effizienz einer flexiblen Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle erreichen.

Die obere Schicht ist eine semi-transparente Perowskit-Zelle. Darunter befindet sich eine dünnschichtige, biegbare Silizium-Solarzelle in HJT-Bauweise (Heterojunction). HJT kombiniert die Vorteile von kristallinem Silizium mit Dünnschichttechnologie, was sich positiv auf den Wirkungsgrad auswirkt.

Herstellung der oberen und unteren Schicht

Die Forscher haben die HJT-Schicht erzeugt, indem sie das Silizium verdünnt haben. Um die untere Schicht mit einem Wirkungsgrad von 21,1 Prozent zu verdünnen, wurde chemische Ätzung genutzt. Die Rückseite bekam so eine Textur, die Vorderseite eine Mikro-Textur. Außerdem wurde sie abgerundet. Beide Seiten bekamen noch eine Schutzschicht, bevor die Zelle in Quadrate mit 5 cm Größe geschnitten wurde.

Für die Herstellung der oberen Schicht nutzen die Forscher als Basis MeO-2PACz, ein Monolayer-Molekül, das üblicherweise für Perowskit-Zellen verwendet wird. Dazu kam ein Glas-Substrat, der Perowskit-Absorber, Material zum Transportieren der Elektronen, Zinnoxid und eine Antireflexbeschichtung.

Neuer Rekord mit Aussicht auf Steigerung

Die fertig zusammengesetzte, biegbare Solarzelle, erreichte bei standardisierten Tests einen Wirkungsgrad von 26,5 Prozent – ein neuer Rekord für flexible Tandem-Solarzellen. Dabei soll es aber nicht bleiben. Die Forscher sehen vor allem bei der unteren Schicht Potenzial für Optimierung, um die Effizienz weiter zu erhöhen. Außerdem möchten sie die Flexibilität der Zelle und deren Stabilität genau überprüfen.

Selbst, wenn sich die Konstruktion als robust erweisen sollte, gilt es noch andere Probleme zu lösen, bevor solche Tandem-Zellen reif für die Serienproduktion sind. Denn Perowskit-Zellen sind theoretischer günstiger in der Massenproduktion als Silizium-Zellen und haben eine höhere Effizienz, haben aber eine geringe Haltbarkeit. Umwelteinflüsse wie Hitze, Feuchtigkeit und auch Sonnenlicht lassen die Zellen schnell altern - was natürlich ein Problem bei der Nutzung in der Photovoltaik ist. Deshalb wird weltweit daran geforscht, wie Perowskit langlebiger gemacht werden kann.

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Warum biegbare Tandem-Solarzellen wichtig sind

Dennoch ist die aktuelle Studie der Forscher ein wichtiger Schritt in die richtige Richtung. Tandem-Solarzellen könnten künftig einen höheren Wirkungsgrad als Monozellen erzielen, weil die 2 Schichten für unterschiedliche Spektralbereiche des Sonnenlichts optimiert sind. Wenn sie zusammenarbeiten, kann so mehr Energie aus dem Sonnenlicht gewonnen werden.

Biegbare und leichte Zellen machen es wiederum einfacher, Photovoltaik abseits von Hausdächern und großen Solarfarmen einzusetzen. So könnte man sie etwa bei geringerer statischer Belastung auf Fassaden von Häusern anbringen. Auch die Integration solcher Zellen in die Karosserie von Elektroautos ist denkbar, um deren Reichweite zu erhöhen.