Rekord-Solarzellen in HyPerCells Graduiertenschule
Labortour am HZB-Institut für Siliziumphotovoltaik, anlässlich des HyPerCells Forschungskolloquiums im Mai 2017.
© HZB
Die aktive Perowskit-Schicht war nur 350 nm dick. Sie ist in organische Schichten aus dem Fulleren C60 und dem Polymer PTAA eingebettet. © HZB/Uni Potsdam
Stromdichte-Spannungskurve einer Perowskit-Solarzelle mit einer Effizienz von 21.4 %. Daten: Martin Stolterfoht und Christian Wolff, Universität Potsdam.
Erst vor zwei Jahren haben die Universität Potsdam und das Helmholtz-Zentrum Berlin die Graduiertenschule HyPerCells mit dem Forschungsschwerpunkt Perowskite gegründet. Nun haben Gruppen im Rahmen der Graduiertenschule Perowskit-Solarzellen mit Rekord-Effizienzen von über 20 Prozent hergestellt. Damit ist die Graduiertenschule in Deutschland absoluter Spitzenreiter und im internationalen Vergleich (ganz) vorne mit dabei.
Hybride Perowskite zählen zu den vielversprechendsten Halbleitermaterialien für neuartige Dünnschichtsolarzellen. Hohe Absorptionskoeffizienten und eine über einen weiten Bereich einstellbare optische Bandlücke machen diese Materialklasse einzigartig. Besonders attraktiv ist dabei die Kombination einer Perowskit-Zelle mit klassischen Halbleitermaterialien wie beispielsweise Silizium in hocheffizienten Tandem-Solarzellen.
Vor diesem Hintergrund wurde vor zwei Jahren die Graduiertenschule HyPerCells gegründet, gemeinschaftlich organisiert durch die Universität Potsdam und das Helmholtz-Zentrum Berlin. In HyPerCells forschen derzeit 15 Doktorandinnen und Doktoranden aus Fachgebieten wie Chemie, Physik, Elektrotechnik und Kristallographie an dem Verständnis und der Weiterentwicklung von Materialien und Zellstrukturen. Erst kürzlich haben sich drei am HZB beheimate Nachwuchsgruppen der Schule angeschlossen. Diese Erweiterung ermöglicht es der Schule, auch anwendungsrelevante Aspekte dieser brisanten Materialklasse im Detail zu verstehen. Wichtige Forschungsthemen der Nachwuchsgruppen geleitet von Steve Albrecht, Eva Unger und Antonio Abate sind die Entwicklung neuer Schichtstrukturen für Tandem-Solarzellen, die Herstellung großflächiger Zellen mittels Drucktechnologien und die Untersuchung von Degradationsmechanismen.
Und das Konzept geht auf. In den letzten Monaten ist es gelungen, Perowskit-Solarzellen mit Rekord-Effizienzen von über 20 Prozent zu realisieren. Das ist ein Spitzenwert für sogenannte „invertierte“ Perowskit-Solarzellen bei Verwendung undotierter Kontaktschichten. Damit ist die Graduiertenschule in Deutschland absoluter Spitzenreiter und im internationalen Vergleich (ganz) vorne mit dabei. Wesentlich für diese Erfolge war ein detailliertes Verständnis der relevanten physikalischen und chemischen Prozesse in diesen Solarzellen. Dieses und weitere wichtige Ergebnisse dieses neuen Photovoltaikmaterials wurden jüngst in hochrangigen Journalen wie Advanced Materials, Energy & Environmental Science, ACS Applied Materials and Interfaces, und Advanced Optical Materials veröffentlicht. Auch auf nationalen und internationalen Konferenzen sind Studenten der Graduiertenschule zunehmend präsent.
Weitere Informationen: www.perovskites.de/
- Gute Aussichten für Zinn-Perowskit-SolarzellenPerowskit-Solarzellen gelten weithin als die Photovoltaik-Technologie der nächsten Generation. Allerdings sind Perowskit-Halbleiter langfristig noch nicht stabil genug für den breiten kommerziellen Einsatz. Ein Grund dafür sind wandernde Ionen, die mit der Zeit dazu führen, dass das Halbleitermaterial degradiert. Ein Team des HZB und der Universität Potsdam hat nun die Ionendichte in vier verschiedenen Perowskit-Halbleitern untersucht und dabei erhebliche Unterschiede festgestellt. Eine besonders geringe Ionendichte wiesen Zinn-Perowskit-Halbleiter auf, die mit einem alternativen Lösungsmittel hergestellt wurden – hier betrug die Ionendichte nur ein Zehntel im Vergleich zu Blei-Perowskit-Halbleitern. Damit könnten Perowskite auf Zinnbasis ein besonders großes Potenzial zur Herstellung von umweltfreundlichen und besonders stabilen Solarzellen besitzen.
- Synchrotron-strahlungsquellen: Werkzeugkästen für QuantentechnologienSynchrotronstrahlungsquellen erzeugen hochbrillante Lichtpulse, von Infrarot bis zu harter Röntgenstrahlung, mit denen sich tiefe Einblicke in komplexe Materialien gewinnen lassen. Ein internationales Team hat nun im Fachjournal Advanced Functional Materials einen Überblick über Synchrotronmethoden für die Weiterentwicklung von Quantentechnologien veröffentlicht: Anhand konkreter Beispiele zeigen sie, wie diese einzigartigen Werkzeuge dazu beitragen können, das Potenzial von Quantentechnologien wie z. B. Quantencomputing zu erschließen, Produktionsbarrieren zu überwinden und den Weg für zukünftige Durchbrüche zu ebnen.
- Gemeinsames Energie- und Klimalabor in Kyjiw nimmt Betrieb aufDas Helmholtz-Zentrum Berlin und die Nationale Universität Kyjiw-Mohyla-Akademie haben am 27. November ein gemeinsames Energie- und Klimalabor gegründet.