Neues von Perowskit-Solarzellen

KIT-Forscher gewinnen neue Einblicke in opto-elektronische Eigenschaften – DFG-Programm

Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben einer Medienmitteilung folgend grundlegende Einblicke in die Funktion von Perowskit-Modulen gewonnen. Sie zeigten, dass gebundene Elektron-Loch-Paare (Exzitonen) bei der Absorption von Licht entstehen können, die sich trennen ließen, so dass Strom fließen könne. Über ihre Arbeit berichten die Wissenschaftler in der Zeitschrift Applied Physics Letters. Das American Institute of Physics (AIP) wählte die Arbeit zur Präsentation auf seiner Website „Scilight“ aus. Die deutsche Forschungsgemeinschaft bewilligte derweil ein Perowskit-Halbleiter-Forschungsprogramm.

Perowskit-Solarzellen wandeln einen hohen Anteil des einfallenden Lichts direkt in nutzbaren Strom um. (Abbildung © Fabian Ruf/Scilight)

Perowskite gehören zu den meistversprechenden Materialien für Solarzellen: Mit ihnen lassen sich gleichermaßen hohe Wirkungsgrade und kostengünstige Herstellung erzielen. Das Interesse der PV-Forschung richtet sich auf sogenannte Halid-Perowskite, die organische und anorganische Verbindungen enthalten und daher als hybride Halbleiter gelten. „Diese Perowskite haben in weniger als einem Jahrzehnt eine bemerkenswerte Entwicklung durchlaufen. Inzwischen wandeln sie in Solarzellen über 20 Prozent des einfallenden Lichts direkt in nutzbaren Strom um“, berichtet PV-Experte Michael Hetterich vom KIT, der die gemeinsamen Aktivitäten des KIT mit dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) koordiniert. Das enorme Potenzial der Perowskite zeigt sich auch in Tandem-Solarzellen, die eine semitransparente obere Perowskit-Zelle mit einer unteren Zelle aus Silizium oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) kombinieren. Dadurch lässt sich das Spektrum des Sonnenlichts optimal ausnutzen.

Bleianteil mit geringen Umweltauswirkungen

Perowskit-Solarzelle enthaltent auch das Schwermetall Blei, das Wissenschaftler künftig durch umweltverträglichere Elemente ersetzen wollen. Besonders schwerwiegend erscheinen die negativen Umweltauswirkungen nach Mitteilung von Perowskit-Spezialist Oxford PV am 04.04.2018 allerdings nicht, denn das emittierte Blei von Tandem-Modulen mache nur einen Anteil von weniger als 0,3 Prozent an der Ökotoxizität des kompletten Moduls aus. Sylvain Nicolay, Projektkoordinator des Perowskit-Forschungsprojekts „CHEOPS“, das vom europäischen Forschungs- und Innovationsprogramm „Horizon 2020“ mitfinanziert wird, meint denn auch: „Der erste Befund zeigt positiv, dass das von Tandemmodulen emittierte Blei nur einen geringen Beitrag zur Ökotoxizität leistet. Dies kann als ein erstes ermutigendes Ergebnis angesehen werden, das darauf hinweist, dass das minimale Vorhandensein von Blei in der Perowskit-Folie nicht als Hindernis für die Einführung dieser Technologie angesehen werden sollte.“

Folgt: Dennoch Blei ersetzen und Stabilität erhöhen