HZB wirbt EU-Fördermittel für Solarzellenforschung ein
Im EMIL-Teillabor „SISSY“ (Solar Energy Materials In-Situ Spectroscopy at the Synchrotron) können Materialsysteme für die Photovoltaik unter Ultrahochvakuum und mit einer Vielzahl an Methoden untersucht werden. © R.G. Wilks
Marcus Bär und sein Team sind an zwei internationalen Projekten beteiligt, die durch das EU-Forschungsrahmenprogramm „Horizon 2020“ gefördert werden. Beide Forschungsvorhaben befassen sich mit der Entwicklung und Optimierung von hocheffizienten Dünnschichtsolarzellen auf der Basis von Chalkopyriten („Sharc25“) bzw. Kesteriten („SWInG“). Für das HZB bringen sie zusammen rund 0,9 Mio. Euro zusätzliche Forschungsmittel für die Solarzellenforschung ein.
Die beiden Projekte Sharc25 und SWInG werden in der Sektion Low Carbon Energy gefördert. „Das HZB bringt bei diesen Projekten insbesondere hervorragende Möglichkeiten für die Analyse und Charakterisierung von Materialien und Schichtstapeln ein. So können wir schon bald mit dem Instrumentenpark im neu errichteten Labor EMIL an BESSY II die Grenzflächeneigenschaften von Solarzellstrukturen mit verschiedenen komplementären Methoden untersuchen“, erklärt Prof. Dr. Marcus Bär, der am HZB die Nachwuchsgruppe Grenzflächendesign leitet.
Sharc25 steht für „Super high efficiency Cu(In, Ga)Se2 thin-film solar cells approaching 25%“. Dabei handelt es sich um Konzepte für so genannte CIGSe-Dünnschicht-Solarzellen aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen. Angestrebt werden Wirkungsgrade von 25 %, was deutlich über dem Wirkungsgrad von polykristallinen Siliziumzellen liegt. Eine solche Effizienzsteigerung würde der europäischen PV-Industrie einen signifikanten Wettbewerbsvorteil verschaffen. Das Forschungsvorhaben wird durch das Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung in Baden-Württemberg (ZSW) koordiniert und bezieht Partner aus sieben Ländern ein. Das Projekt wird mit insgesamt 6,15 Mio. Euro gefördert, davon gehen 450.000 Euro an das HZB. „Wir werden die Eigenschaften der Schichtstapel systematisch untersuchen, um insbesondere die Prozesse an den Grenzflächen zu verstehen. Das ist die Grundvoraussetzung, um die Effizienz bis nahe an ihre theoretische Grenze hochzutreiben“, sagt Marcus Bär.
SWInG (Development of Thin Film Solar Cells based on Wide Band Gap Kesterite Absorbers) hat ein Volumen von 3,8 Mio. Euro und wird von der Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum (imec), Belgien) koordiniert, beteiligt sind zudem Partner aus den Niederlanden, Frankreich, Deutschland und Schweden. An das HZB fließen 450.000 Euro. Ziel des Vorhabens ist es, günstige und zuverlässige Tandem-Solarzellen zu entwickeln, die das Potenzial haben, über 30 % des Sonnenlichts in Strom umzuwandeln. Die dafür benötigten Solarzellabsorber mit großer Bandlücke sollen durch eine Modifizierung der Kesterit-Komposition erreicht werden. „Kesterit-Absorberschichten haben den Vorteil, dass sie aus reichlich verfügbaren Elementen bestehen. Außerdem können wir über die Komposition die Bandlücken gezielt einstellen und diese so optimal an die Anforderungen in der Tandem-Solarzelle anpassen“, erklärt Bär.
- BESSY II: Neue Probenumgebung erlaubt Einblick in thermokatalytische ProzesseEine neuartige Messzelle ermöglicht erstmals Untersuchungen mit weicher und harter Röntgenstrahlung unter hohen Drücken von bis zu 20 bar und Temperaturen von bis zu 400 °C. Dies liefert neue Erkenntnisse über thermokatalytische Prozesse, wie beispielsweise die Fischer-Tropsch-Synthese zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe. Die Entwicklung der Messzelle gilt als Meilenstein im Rahmen des Care-O-Sene-Projekts.
- Präzise Grenzflächenchemie steigert Wirkungsgrad von Perowskit-SolarzellenIm Rahmen einer internationalen Forschungskooperation wurde eine neue molekulare Strategie entwickelt, um eine der Grenzflächen in Perowskit-Solarzellen zu verbessern. Die daraus resultierenden Solarzellen erreichten in der n-i-p-Architektur einen Energieumwandlungswirkungsgrad von 26,19 % bei gleichzeitig hoher Betriebsstabilität unter längerer Bestrahlung und erhöhten Temperaturen. Die Ergebnisse wurden im „Journal of the American Chemical Society“ veröffentlicht.
- Perowskit-Dreifachsolarzellen: Noch effizienter mit GO/SAM DoppelschichtPerowskit-Halbleiter wandeln Sonnenlicht effizient in elektrische Energie um, darüber hinaus sind sie günstig und superleicht. Ein Team am HZB hat eine Dreifachsolarzelle aus drei unterschiedlichen Perowskit-Halbleitern mit einer neuartigen Doppelschicht aus Graphenoxid und SAM als Lochleiter entwickelt. Sie konnten zeigen, dass diese Doppelschicht sowohl den Wirkungsgrad als auch die Langzeitstabilität deutlich steigert. Der Wirkungsgrad der neuartigen Perowskit-Dreifachsolarzelle beträgt 27,3% und fällt auch nach mehr als 770 Stunden in Betrieb kaum ab. Die Studie ist in der renommierten Fachzeitschrift Joule erschienen.