Je effizienter eine Solarzelle ist, desto mehr Strom kann sie aus derselben Menge an Licht gewinnen. Die heute üblichen Siliziummodelle erreichen häufig nur einen Wirkungsgrad von um die 20 Prozent. Mehr als 80 Prozent der Sonnenenergie können somit gar nicht erst als Energie gewonnen werden. Wissenschaftler forschen daher weltweit bereits seit Längerem nach alternativen Solarzellen, die einen besseren Ertrag liefern. Ein Kandidat war schnell gefunden – doch die Technologie wurde bisher durch ihre Schwachstellen ausgebremst.
Solarzellen 2.0: Überwinden Perowskit-Solarzellen ihre Schwachstellen?
Perowskit-Solarzellen gelten als ideale Alternative zu Silizium-Modulen. Sie können einen wesentlich höheren Wirkungsgrad erzielen und sind in der Herstellung deutlich günstiger als die klassischen Solarmodule, die wir heute größtenteils verwenden. Da es viele unterschiedliche Materialien gibt, aus denen Perowskit-Solarzellen gefertigt werden können, suchen Forscher bereits nach der perfekten Materialkombination. Bisher gab es vor allem zwei Hindernisse, die die Fortschritte ausbremsten. Perowskit-Solarzellen sind vergleichsweise kurzlebig, weshalb sich die Massenproduktion bisher trotz geringeren Herstellungskosten kaum lohnte. Ebenso gelang es bisher nicht, das theoretische Potenzial der Technologie voll auszuschöpfen. Nun bahnt sich ein Durchbruch in der Forschung an.
Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der University of Cambrigde hat in Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie ein innovatives Mikroskopie-Toolkit entwickelt. Mithilfe dieses Toolkits können Perowskit-Solarzellen auf Nanoebene untersucht werden. Durch die Röntgenmikroskopie können Forscher inzwischen einen detaillierten Einblick in Spannungs- und Stromverluste erhalten und diese in Zusammenhang mit strukturellen und chemischen Eigenschaften der Perowskit-Solarzellen bringen. Die so gewonnenen Daten sollen dazu beitragen, die Effizienz der Module sowie deren Langlebigkeit künftig zu steigern.
Neues Verfahren liefert erste Einblicke
Einige erste Erkenntnisse konnten bereits gewonnen werden. So stellten die Forscher fest, dass Perowskit-Solarzellen überraschend tolerant gegenüber chemischen Schwankungen ausfallen. Selbst kleine Unregelmäßigkeiten in der Zusammensetzung des Materials beeinträchtigen die Solarzellen weniger als bei ihren Silizium-Gegenstücken. Das ist bemerkenswert, denn gerade in der Herstellung können solche Unebenheiten kaum vermieden werden. Dafür seien die Zellen jedoch anfälliger für Unregelmäßigkeiten im Ladungstransport. Je chaotischer dieser auf mikroskopischer Ebene ausfällt, desto schlechter fällt die Leistung der Module aus – und desto schneller altert sie.
Zukünftig möchte das Forscherteam das eigene Toolkit weiter ausbauen, um die Langzeitleistung der Perowskit-Solarzellen weiter zu testen. Denkbar wäre etwa die Untersuchung von Umweltbedingungen auf die Solarzellen. Denn auf Dächern von Wohnhäusern sind PV-Anlagen während der Jahreszeiten verschiedenen Temperaturen und Wetterverhältnissen ausgesetzt. Gelingt es, mit dem Verständnis der atomaren Zusammensetzung der Module die Eigenschaften der Solarzellen zu verbessern, könnte das die Technologie weit nach vorn bringen.