Perowskit-Solarzellen: Protokolle für Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit
Perowskit-Materialien für Photovoltaikanwendungen kommen in vielfältigen Farben vor, die ihre jeweiligen optischen Eigenschaften widerspiegeln. Dadurch eignen sie sich hervorragend für die Kombination mit anderen Materialien in Mehrfachsolarzellen. © M. Setzpfandt/HZB
Am HZB haben sich mehrere Labore auf die Herstellung von Perowskit-Materialien spezialisiert und setzen dafür unterschiedliche Verfahren ein. © M. Setzpfandt/HZB
Das HZB betreibt eine Testanlage, um Perowskit-Solarzellen unter realen Bedingungen zu beobachten. © HZB
Zehn Teams am Helmholtz-Zentrum Berlin bauen eine langfristige internationale Allianz auf, um gemeinsam Verfahren zu entwickeln, die die Reproduzierbarkeit von Perowskit-Materialien sicherstellen. Das Projekt TEAM PV wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.
Solarenergie ist in vielen Teilen der Welt bereits die günstigste Art der Stromerzeugung. Jetzt geht es darum, Solarmodule mit noch höherer Effizienz zu entwickeln, um energiehungrige Sektoren wie Elektromobilität, Stahlproduktion und KI mit Strom zu versorgen. Die wahrscheinlich einzige Möglichkeit zur Steigerung der Effizienz innerhalb des nächsten Jahrzehnts sind Halogenid-Perowskite, eine neue Materialklasse, die in den letzten zehn Jahren intensiv erforscht wurde. Und während die heute marktbeherrschenden Siliziummodule hauptsächlich in China produziert werden, könnten Produktionsanlagen für Halogenid-Perowskit-Zellen auch in Europa und den USA errichtet werden, wodurch die Lieferketten weniger risikobehaftet wären.
Der Weg vom Labor zur Massenproduktion ist jedoch lang und es gibt noch einige Hürden zu überwinden. „Das zentrale Ziel ist es, die Herstellbarkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit von Perowskit-basierten Technologien zu erhöhen. Wir brauchen dringend gemeinsame Protokolle, um die verschiedenen globalen Entwicklungen bei diesen neuartigen Materialien zuverlässig vergleichen und auch ihre Lebensdauer vorhersagen zu können“, sagt Dr. Siddhartha Garud, der das Projekt TEAM PV am HZB leitet. Im Rahmen dieses Projekts will das HZB gemeinsam mit dem National Renewable Energy Lab NREL, der University of Colorado Boulder und der Humboldt-Universität zu Berlin bewährte Verfahren in der Herstellung und Analyse zusammenführen.
Eine der Hauptfragen ist, wie sich die im Labor ermittelte Stabilität unter realen Bedingungen in der Praxis verhält. Ein weiterer Schwerpunkt wird auf Methoden des Maschinellen Lernens liegen, um sich in dieser extrem großen Klasse von Materialien und möglichen Anwendungen zu orientieren. Die beteiligten Forschungsgruppen werden eng zusammenarbeiten, um die Herstellung und Analyse von Perowskit-Dünnschichten bis hin zu kompletten Solarmodulen weiterzuentwickeln.
Das BMBF stellt insgesamt 4 Millionen Euro für das TEAM PV-Projekt für Sachmittel, Personal und den Austausch in der Forschungsgemeinschaft zur Verfügung. „Wir wollen eine langfristige Partnerschaft im Bereich der Photovoltaik mit einem nachhaltigen Austausch aufbauen und sie auch zu einem Ausgangspunkt für weitere Kooperationen zwischen der Helmholtz-Gemeinschaft und nationalen Laboren und Spitzenuniversitäten in den USA machen“, sagt Garud.
- Neues Kontaktmaterial steigert Wirkungsgrad von Perowskit-SolarzellenEin neu entwickeltes Material für den Elektronenkontakt verbessert die Wirkungsgrade von Perowskit-Einzelsolarzellen und Perowskit/Silizium Tandemsolarzellen. Das neue Material basiert auf einem Carboran-Molekül und bietet gegenüber dem bisher genutzten Standardmaterial aus so genannten Fußballmolekülen eine Reihe von Vorteilen, zeigt die Studie, die federführend von einem Team um Steve Albrecht erarbeitet wurde. Inzwischen ist das Material patentiert und kommerziell erhältlich.
- 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.