Sumitomo meldet Durchbruch bei der Herstellung von Perowskit-Solarzellen

Klassische Solarzellen nutzen als Basis Silizium. Diese sind zwar langlebig, aber teuer in der Herstellung und nicht besonders flexibel.

Um diese zu ergänzen, wird viel Hoffnung in Perowskit-Solarzellen gesteckt. Die können nicht nur einfacher dünn produziert werden, sondern sind theoretisch auch günstiger in der Herstellung. Dabei gibt es aber noch Probleme, die der Massenfertigung im Weg stehen. Eines davon will das japanische Unternehmen Sumitomo gelöst haben.

Auftragen der Transportschicht für die Elektronen

Sumitomo nennt es einen Durchbruch. Dabei geht es um den Prozess die Elektronentransportschicht (ETL) aufzutragen. ETLs sind essenziell für Perowskit-Solarzellen. Sie werden entweder über oder unter der Perowskit-Schicht aufgetragen, die die Elektrizität erzeugt. Sie ermöglichen, dass die von der Perowskit erzeugten Elektronen effizient zur Elektrode fließen.

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Daraus ergeben sich 2 Grundvoraussetzungen an die ETL: Erstens müssen sie die Leitfähigkeiten für diese Elektronen aufweisen. Zweitens müssen sie so auf Perowskit aufgetragen werden können, dass dieses nicht beschädigt wird. Und das ist eine Herausforderung, weil Perowskit sehr empfindlich gegenüber hohen Temperaturen ist.

Daher entfallen viele der üblichen, industriellen Methoden, mit denen ETLs mit hohen Temperaturen aufgetragen werden. Eine Alternative ist chemisch statt thermisch, was aber die Produktionskosten in die Höhe treibt und die Nutzung von giftigen oder entflammbaren Gasen erfordert.

Auftragen per Plasma

Sumitomo hat eine Lösung auf Basis seiner RPD-Methode (Reactive Plasma Deposition) gefunden. Dabei werden mit einer Plasmakanone Elektronen erzeugt, die durch ein Magnetfeld zu dem Material transportiert werden, das zerstäubt und als Schicht aufgetragen werden soll. Das Material wird dann durch das hochdichte Plasma erhitzt, verdampft und so aufgetragen. Durch diese Methode kann eine kristalline Schicht erzeugt werden, mit minimalen Schäden auf dem Perowskit.

Als ETL-Material nutzt Sumitomo Zinnoxid. Damit lasse sich die ETL bei relativ niedrigen Betriebstemperaturen über große Flächen auftragen, ohne die Nutzung gefährlicher Gase. Allerdings sei Zinnoxid schon zu gut leitend, wenn es mit Verdampfungsmethoden aufgetragen wird, wodurch die Effizienz gesenkt wird. Und das macht die RPD-Methode laut Sumitomo so besonders: Sie kann das Zinnoxid mit den nötigen Eigenschaften der Isolierung auftragen, damit es als ETL geeignet ist.

Japan setzt auf Perowskit

Dieser Durchbruch bringt laut Sumitomo signifikante Verbesserungen bei der Massenfertigung und den Kosten, verglichen mit chemischen Methoden zum Auftragen der ETLs. Dies soll die Perowskit-Technologie näher zur Serienreife bringen.

Japan hat sich selbst das Ziel gesetzt, nicht nur führend bei der Entwicklung und Herstellung von Perowskit-Solarzellen zu werden, sondern auch bei der Nutzung. Bis zum Fiskaljahr 2040 sollen 20 Gigawatt Leistung mit Perowskit-Photovoltaik zur Verfügung stehen – so viel, wie etwa 20 Atomreaktoren liefern. Experten sehen dieses Ziel als sehr ambitioniert, da sie mit einer Massenfertigung von Perowskit-Solarzellen erst in den 2030er-Jahren rechnen.

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Einer der Gründe von Japans Fokus auf Perowskit ist, dass der Hauptrohstoff Iod ist. Und Japan ist der weltweit zweitgrößte Produzent von Iod (Platz 1: Chile).

Durch die Möglichkeit Perowskit-Solarzellen leicht, dünn und biegbar zu bauen, können sie zudem nicht nur auf Hausdächern, sondern etwa auch auf Fassaden und Fenstern angebracht werden. Damit könnte die Energie direkt in den Ballungszentren erzeugt werden. Japan hat 36 Städte mit einer Bevölkerung von über einer halben Million Menschen.