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Perowskit-Solarzellen vor industriellem Durchbruch?

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Halle - Perowskit-Zellen sind der Schlüssel zu modernen Dünnschicht-Solarzellen. Noch hapert es bei der kommerziellen Anwendung, aber das könnte sich bald ändern.

Noch hapert es bei der industriellen Anwendung von Perowskit-Zellen in der Photovoltaik, weil das Material aktuell zu instabil ist und bisher kein Produktionsverfahren für Perowskite etabliert ist. Physiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) präsentieren in einer neuen Studie einen Ansatz, der das Problem lösen könnte.

Perowskit-Solarzellen sind effektive Sonnenlichtumwandler
Perowskite genießen in der Solarbranche aktuell eine große Aufmerksamkeit. Erst im Jahr 2009 gelang Forschern der Nachweis, dass organisch-anorganische Verbindungen mit der speziellen Perowskit-Kristallstruktur gute Absorber sind, mit deren Hilfe Sonnenlicht effektiv in Strom umgewandelt werden kann. Seitdem wurde der Wirkungsgrad im Labor auf weit über 20 Prozent erhöht. "Moderne, monokristalline Silizium-Solarzellen erreichen zwar noch leicht bessere Werte, sie sind aber deutlich aufwändiger herzustellen und an ihnen wurde auch länger gearbeitet", sagt der Physiker und Studienleiter Dr. Paul Pistor von der MLU.

Noch keine marktreife Solarzelle
Bislang gibt es keine marktreifen Solarzellen auf Perowskit-Basis, denn es existiert derzeit kein etabliertes Verfahren zur großflächigen Herstellung von Perowskiten. Außerdem sind die dünnen Kristallschichten relativ instabil und empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen. "Durch hohe Temperaturen oder Feuchtigkeit zersetzen sich die Perowskite und verlieren so die Fähigkeit, Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln", sagt Pistor. Solarzellen müssen allerdings erhöhte Temperaturen aushalten, da sie dauerhaft der Sonne ausgesetzt sind.

Forscher können mit industriellem Verfahren das Kristallwachstum steuern
Die Physiker aus Halle untersuchten in ihrer Studie einen speziellen, anorganischen Perowskit, das aus Cäsium, Blei und Brom oder Jod besteht. Anstelle der gängigen nass-chemischen Verfahren zur Herstellung von Perowskiten setzten sie ein Verfahren ein, das in der Industrie bereits vielfach zur Herstellung dünner Schichten und verschiedener Bauelemente verwendet wird. Dabei wird in einer Vakuumkammer ein Substrat aus mehreren heißen Quellen bedampft, auf dem dadurch dünne kristalline Schichten wachsen. "Der Vorteil dieser Methode ist, dass sich der Verlauf beeinflussen lässt. So können wir das Wachstum der Kristalle gezielt steuern", erklärt Pistor. Seine Arbeitsgruppe konnte so Perowskit-Schichten erzeugen, die sich erst bei Temperaturen von 360 Grad Celsius zersetzten. Mit Hilfe einer modernen Röntgenanalytik analysierten die Forscher zudem die Wachstums- und Zerfallsprozesse der Kristalle in Echtzeit. Die bisherigen Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse über die grundlegenden Eigenschaften der Perowskite und deuten auf ein Verfahren hin, das womöglich für die industrielle Umsetzung der modernen Perowskit-Solarzelltechnologie in Frage kommt, so die Forscher.

© IWR, 2018


07.11.2018

 




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