Effizientere Solarzellen

Photovoltaik wandelt Sonnenstrahlung in Wärme und Strom um. Für die Energiewende ist diese Technik essentiell. Damit sie ressourcenschonender wird, müssen neue Konzepte und Materialien entwickelt werden. Im Forschungsprojekt MesoPIN werden deshalb Perowskit-Solarzellen weiterentwickelt.
Solarzelle (Eyematrix/stock.adobe.com)
Solarzelle
Foto: Eyematrix/stock.adobe.com

Perowskite gehören zu den vielversprechendsten Materialien für Solarzellen: Mit ihnen lassen sich ein hoher Wirkungsgrad und eine kostengünstige Herstellung vereinbaren. Perowskit, ein Hybridmaterial aus organischen und anorganischen Materialien, ist darüber hinaus einfacher herzustellen und zu verarbeiten als herkömmliche Solarzellen aus Silizium. Perowskite eignen sich besonders für Tandem-Solarzellen. Diese bestehen aus zwei übereinander gestapelten Solarzellen. Durch die Kombination der klassischen Solarzelle aus dem Halbleiter Silizium mit Perowskiten, lassen sich größere Teile der Lichtenergien in Strom umwandeln und sie haben damit einen besseren Wirkungsgrad.

Dr. Michael Daub und Prof. Harald Hillebrecht von der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg konnten im Projekt MesoPIN zeigen, wie auf einem einfachen Weg Perowskite hergestellt werden können, die perfekt an die Bedürfnisse von Tandem-Solarzellen anpassbar sind, da „Energielücken“ (Band Gap) steuerbar werden. Dieser sogenannte Bandabstand bezeichnet den Energieunterschied zwischen dem Valenz- und dem Leitfähigkeitsband in der Solarzelle. Die Solarzelle soll Licht in Strom umwandeln. Dazu muss das Licht absorbiert, also aufgenommen und umgewandelt werden. Dabei kann im Prinzip jede „Lichtportion” (Photon) ein Ladungspärchen +/- erzeugen, das dann für den Transport dieser Ladung zur Verfügung steht. Dies geschieht in einem halbleitenden Material durch die Überführung eines Elektrons aus dem gebundenen Zustand (Valenzband) in den mobilen Zustand (Leitfähigkeitsband). Der Energieunterschied zwischen den Bändern (Band Gap) ist für jedes halbleitende Material charakteristisch und stellt gleichzeitig die Obergrenze des Potenzials dar – also das Maximum an Licht, das in Strom umgewandelt werden kann.

Originalpublikation

Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler im Artikel „Tailoring the Band Gap in 3D Hybrid Perovskites by Substitution of the Organic Cations: (CH3NH3)12y(NH3(CH2)2NH3)2yPb1−yI3 (0≤y≤0.25)“ im European Chemistry Journal veröffentlicht. Hier können Sie die Ergebnisse im Detail nachlesen: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/chem.201800244.