Solarzellentechnologie: neuer Wirkungsgradrekord mit Perowskit-Solarzellen.
Ein Forscherteam der National University of Singapore (NUS) hat einen
neuen Rekord bei der Energieumwandlungseffizienz von Solarzellen
aufgestellt, die aus Perowskit und organischen Materialien hergestellt
werden. In ihrer jüngsten Arbeit haben sie einen Wirkungsgrad von 23,6 % nachgewiesen, der dem von herkömmlichen Silizium-Solarzellen nahe kommt. Dieser technologische Durchbruch ebnet den Weg für flexible, leichte, kostengünstige und ultradünne photovoltaische Zellen für vielfältige Anwendungen.
Dieser technologische Durchbruch ebnet den Weg für flexible, leichte, kostengünstige und ultradünne Solarzellen, die sich ideal für die Stromversorgung von Fahrzeugen, Booten, Jalousien und anderen Anwendungen eignen.
Technologien für saubere und erneuerbare Energie sind für die Reduzierung des Kohlenstoffausstoßes äußerst wichtig. Solarzellen, die Sonnenenergie direkt in Strom umwandeln, gehören zu den vielversprechendsten sauberen Energietechnologien. Ein hoher Wirkungsgrad der Solarzellen ist entscheidend für die Erzeugung von mehr elektrischer Energie auf einer begrenzten Fläche. Das senkt die Gesamtkosten der Solarenergieerzeugung.
Professor Hou Yi ist der leitende Forscher vom Department of Chemical and Biomolecular Engineering der NUS. Er leitet die "Perovskite-based Multi-junction Solar Cells group" am Solar Energy Research Institute of Singapore der NUS.
In der Studie geht es um die Verbesserung des Wirkungsgrads der Leistungsumwandlung von Perowskit/organischen Tandem-Solarzellen. Es wurde ein Wirkungsgrad von 23,6 % nachgewiesen. Das ist die bisher beste Leistung für diese Art von Solarzellen.
Diese Leistung ist ein bedeutender Sprung von der derzeitigen Energieumwandlungsrate von etwa 20 %, die in anderen Studien über Perowskit/organische Tandem-Solarzellen berichtet wurde. Sie nähert sich der Energieumwandlungsrate von 26,7 % von Silizium-Solarzellen an, welche die dominierende Solartechnologie auf dem derzeitigen Photovoltaik-Markt (PV) ist.
Diese Innovation wurde am 20. Januar 2022 in Nature Energy veröffentlicht. Die Forschung wurde in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universität Hongkong und der Southern University of Science and Technology durchgeführt.
Neue Trends in der Solarwelt.
Die Solarzellentechnologie hat in den letzten Jahren als nachhaltige Energiequelle ein enormes Wachstum erfahren. Die Zuverlässigkeit, der Wirkungsgrad, die Haltbarkeit und der Preis von Solarzellen haben einen entscheidenden Einfluss auf das kommerzielle Potenzial und die groß angelegte Umsetzung von Solarenergieprojekten auf der ganzen Welt.
Die konventionellen Solarzellen, die in Solarkraftwerken eingesetzt werden, basieren auf einer Single-Junction-Architektur. Der praktische Wirkungsgrad von Solarzellen mit einem Übergang ist in der industriellen Produktion auf etwa 27 % begrenzt. Um die Grenzen der Solarenergieerzeugung zu erweitern, sind neuartige Lösungen für Solarzellen erforderlich, die eine bessere Leistung bei der Stromumwandlung erbringen.
Um den Wirkungsgrad von Solarzellen auf über 30 % zu erhöhen, sind Stapel aus zwei oder mehr Absorberschichten (Mehrfachzellen) erforderlich. Tandem-Solarzellen, die aus zwei verschiedenen Arten von Photovoltaik-Materialien bestehen, sind ein heißes Thema in der Forschung.
In ihrem jüngsten Projekt betreten Assistenzprofessor Hou und sein Team Neuland auf dem Gebiet der Tandemsolarzellen aus Perowskit und organischen Materialien. Ihre Entdeckung öffnet die Tür zu Dünnschicht-Tandemsolarzellen, die leicht und biegsam sind. Dies könnte weitreichende Anwendungen ermöglichen wie zum Beispiel für solarbetriebene Jalousien, Fahrzeuge, Boote und andere mobile Geräte.
Durchbruch bei der Stromumwandlungseffizienz.
Eine Tandem-Solarzelle besteht aus zwei oder mehr Teilzellen, die mit Hilfe von Verbindungsschichten (ICLs) elektrisch verbunden sind. Die ICL spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Leistung und Reproduzierbarkeit eines Geräts. Eine effektive ICL sollte chemisch inert, elektrisch leitfähig und optisch transparent sein.
Obwohl Perowskit/organische Tandem-Solarzellen für die Dünnschicht-Photovoltaik der nächsten Generation attraktiv sind, bleibt ihr Wirkungsgrad hinter anderen Arten von Tandem-Solarzellen zurück. Um diese technologische Herausforderung zu bewältigen, entwickelten Prof. Hou und sein Team ein neuartiges und effektives ICL, das Spannungs-, optische und elektrische Verluste innerhalb der Tandemsolarzelle reduziert. Diese Innovation verbessert den Wirkungsgrad der Perowskit/organischen Tandem-Solarzellen erheblich und erreicht eine Energieumwandlungsrate von 23,6 %.
Die Studie zeigt das große Potenzial von Tandem-Solarzellen auf Perowskit-Basis für künftige kommerzielle Anwendungen der Photovoltaik-Technologie. Es ist zu hoffen, dass auf der Grundlage der neuen Entdeckung die Leistung der Tandem-Solarzellen weiter verbessert und diese Technologie in größerem Maßstab eingesetzt werden kann.
Am ZSW werden Perowskitsolarzellen erforscht. Die Hauptvorteile solcher Solarzellen sind die günstigen Herstellungsverfahren und ihre hohe Effizienz, besonders im Verbund mit anderen Materialien. Den sogenannten Tandemsolarzellen.