Tandemsolarzellen mit Perowskit: Nanostrukturen helfen mehrfach
Rasterelektronen-Mikroskopie von Perowskit-Silizium-Tandemzellen im Querschnitt mit Nanotextur und Rückreflektorschicht (golden). © P. Tockhorn/HZB
Ende 2021 hatten drei Teams am HZB Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen mit einem Wirkungsgrad von knapp 30 Prozent vorgestellt. Dieser Wert hielt acht Monate lang den Weltrekord, eine sehr lange Zeit für dieses heiß umkämpfte Forschungsfeld. In der renommierten Fachzeitschrift Nature Nanotechnology beschreiben die Beteiligten nun, wie sie mit nanooptischen Strukturierungen und Reflexionsbeschichtungen diesen Rekordwert erreicht haben.
Tandemsolarzellen aus Perowskit und Silizium ermöglichen deutlich höhere Wirkungsgrade als Siliziumsolarzellen allein. Mehrere Arbeitsgruppen am HZB forschen daran, solche Tandemsolarzellen gezielt zu entwickeln und zu optimieren. Mit großem Erfolg, Tandemzellen aus dem HZB haben bereits mehrere Weltrekorde erreicht.
Acht Monate lang Weltspitze
Zuletzt erzielten HZB-Forschungsteams im November 2021 mit einer Tandemzelle aus Perowskit- und Silizium einen zertifizierten Wirkungsgrad von 29,8 %. Dies war ein absoluter Weltrekord, der acht Monate ungeschlagen an der Spitze stand. Erst im Sommer 2022 ist es einem Schweizer Team an der EPFL gelungen, diesen Wert zu übertreffen.
Gebündelte Kompetenz am HZB
Für die Rekord-Tandemzelle hatten drei HZB-Teams eng zusammengearbeitet. Nun stellen sie in Nature Nanotechnologie die Details vor. Die Zeitschrift lud sie darüber hinaus ein, ein so genanntes „Research Briefing“ zu verfassen, in dem sie ihre Arbeit kurz zusammenfassen und einen Ausblick auf künftige Entwicklungen geben.
Nanooptik bringt Vorteile
„Unsere jeweiligen Kompetenzen ergänzen sich sehr gut“, sagt Prof. Dr. Christiane Becker, die mit dem Team um Dr. Bernd Stannowski (Silizium-Unterzelle) und Prof. Dr. Steve Albrecht (Perowskit-Oberzelle) die Weltrekordzelle entwickelt hat. Beckers Team hat eine nanooptische Texturierung in die Tandemzelle eingebracht: Eine sanft gewellte Nanotextur auf der Silizium-Oberfläche. „Überraschend war, dass diese Textur gleich mehrere Vorteile bringt“, betont Becker: „Die Nanotextur reduziert nicht nur wie erwartet die Reflexionsverluste, sondern führt auch noch dazu, dass sich der extrem dünne Film aus Perowskit deutlich regelmäßiger bildet.“ Außerdem reduziert eine dielektrische Pufferschicht auf der Rückseite des Siliziums die parasitäre Absorption bei Wellenlängen im nahen Infrarotbereich.
Als Fazit halten die Forschenden fest: Mit maßgeschneiderten Nanotexturen lassen sich überraschend vielseitige Verbesserungen erreichen. Diese Ergebnisse sind nicht nur für Tandemzellen aus Perowskit- und Silizium wertvoll, sondern auch für Leuchtdioden auf Perowskit-Basis.
- KI-Agenten liefern Ergebnisse – aber denken sie auch wissenschaftlich?Ein Forschungsteam unter gemeinsamer Leitung von Kevin Maik Jablonka vom Helmholtz-Institut für Polymere in Energieanwendungen Jena (HIPOLE Jena) und N. M. Anoop Krishnan vom Indian Institute of Technology Delhi hat mit Corral einen neuen Benchmark für KI-Agenten in der Wissenschaft entwickelt. Der Preprint „AI scientists produce results without reasoning scientifically“ ist auf arXiv erschienen (https://doi.org/10.48550/arXiv.2604.18805). Die Analyse zeigt, dass aktuelle Systeme zwar wissenschaftliche Workflows ausführen und Ergebnisse liefern können; häufig folgen sie dabei aber nicht den Grundprinzipien wissenschaftlicher Prüfung und Schlussfolgerung.
- Magnetfeld während der Synthese des Katalysators verdreifacht AmmoniakausbeuteEin externes Magnetfeld während der Synthese von CoFe₂O₄-Dünnschichten verdreifacht beim Einsatz in der Elektrokatalyse die Ammoniakausbeute. Das Magnetfeld verändert die Oberflächenzustände der Spinell-Oxid-Dünnschichten, so dass die katalytisch aktiven Zentren stärker exponiert sind. Im Fachjournal 'Advanced Functional Materials' zeigt ein Team um Marcel Risch, HZB, und Sanjay Mathur, Universität Köln, eine skalierbare Strategie, um Elektrokatalysatoren der nächsten Generation für effiziente und nachhaltige chemische Umwandlungen zu entwickeln.
- Materialchemie gestaltet die Zukunft der KatalyseDie synthetische Materialchemie der Zukunft kann als Werkzeug dienen, um smarte und adaptive Elektrokatalysatoren zu entwickeln. Das Forschungsfeld entwickelt sich aktuell rasant, mit In-situ-Analytik, datengestützten Entdeckungen und autonomer Robotik. Diese neuen Ansätze könnten die Entdeckung langlebiger und effizienter Katalysatoren für die zukünftige Energieumwandlung und die Dekarbonisierung der chemischen Industrie beschleunigen. Einen Überblick bietet nun ein Beitrag aus dem Team des Katalyse-Experten Dr. Prashanth Menezes im renommierten Fachjournal Angewandte Chemie.