Neues von den Perowskiten

pv magazine: Hype erscheint berechtigt

Während bei den Siliziumzellen das Potenzial zur Wirkungsgradverbesserung immer mehr abnimmt, tauchen neuartige Materialkombinationen am Forscher-Horizont auf, die eigentlich schon altbekannt sind: Perowskite. Der Hype darum erscheint berechtigt.

Den Namen haben die Perowskite von einem Kristall aus Calciumtitanatoxid, den Geologen im Jahr 1839 im Ural fanden. Was in den Laboren zu Solarzellen verarbeitet wird, hat zwar nicht die gleiche Zusammensetzung, wohl aber die gleiche Kristallstruktur. Statt Calcium und Titanat enthalten die Perowskite, welche die Forscher in den Laboren zu Solarzellen verarbeiten, derzeit meist die Elemente Blei und Jod und dazu Methylammonium, eine Verbindung aus Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff.

[note Die Arbeit an Perowskiten ist für Wissenschaftler eine einzigartige Erfolgsstory: Postdoktorandin Elisa Miller vermisst Perowskite am NREL in Golden, Colorado, mit Photonenelektrospektroskopie. Foto © Dennis Schroeder / NREL]

Erstaunlicherweise wurden die meisten Solarzellenforscher erst vor fünf Jahren auf das Material aufmerksam. Damals haben Wissenschaftler um Tsutomu Miyasaka von der Toin Universität im japanischen Yokohama eine Solarzelle damit hergestellt, die einen Wirkungsgrad von 3,8 Prozent hatte. Das ist für ein neues Material in der Fachwelt bereits ziemlich viel. Die japanischen Wissenschaftler nutzten dafür die gleiche Technologie, die auch für die Farbstoff-Solarzelle verwendet wird, auf Englisch als „dye-sensitized cell“ (DSC) bezeichnet. Trotz des beachtlichen Anfangserfolgs ist der Weg zu einer praktisch nutzbaren Zelle weit. Miyasaka kontaktierte die Perowskite auf der einen Seite mit einem flüssigen Elektrolyten, der als sogenannter Lochleiter dient. Da Perowskite löslich sind, hielt das Konstrukt nicht sehr lange.

Es verging aber nicht viel Zeit bis zum nächsten großen Schritt. Michael Grätzel, Professor an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne, er gilt als Erfinder der Farbstoffzellen, hat bereits 1998 eine Zelle vorgestellt, bei welcher der flüssige Elektrolyt durch einen Festkörper ersetzt wird. Zusammen mit Nam-Gyu Park von der Sungkyunkwan University in Südkorea übertrug er 2012 das Prinzip auf die Perowskite. Diese Zelle hielt mit 1.000 Stunden bei 65 Grad und durchgehender Bestrahlung mit „einer Sonne“ zwar noch nicht ausreichend lange, aber deutlich länger als die zuvor hergestellten Zellen, und das bei einer Effizienz von knapp zehn Prozent. Grätzel schätzt, dass die 1.000 Stunden im Labor bei realer Belastung rund 10.000 Stunden entsprechen.
Folgt: Effizienz schon fast bei 20 Prozent