Chinesische Forscher haben einen entscheidenden Durchbruch bei der Entwicklung flexibler Solarzellen erzielt. Die Wissenschaftler haben eine raffinierte Technik entwickelt, um ein Hauptproblem zu überwinden: die Rauheit der CIGS-Schicht. Damit gelang ihnen die Herstellung von effizienten und langlebigen Tandem-Solarzellen.
Eine flexible Tandem-Solarzelle aus Perowskit und CIGS.
Bildnachweis: NIMTE
CIGS, ein Halbleitermaterial, wird wegen seiner Lichtabsorption und Langzeitstabilität bevorzugt. Bisher erschwerte jedoch seine raue Oberfläche die Abscheidung von Perowskit, einem weiteren vielversprechenden Material für Solarzellen. Diese Kombination wurde für leichte und leistungsstarke Solarmodule dringend erwartet.
Das Team von Professor Jichun Ye veröffentlichte seine Ergebnisse in
Nature Energy. Ihre Methode basiert auf einer innovativen Lösungsmittel-Adsorptions-Strategie, die zwei Arten von Lösungsmitteln zur Optimierung der Haftung nutzt. Eine Perowskit-Saatkristallschicht verbessert zusätzlich die Kristallinität und Haftung.
Das Ergebnis ist eine flexible Tandem-Solarzelle von 1,09 cm² mit einem Rekordwirkungsgrad von 24,6%. Nach 3.000 Faltzyklen und 320 Betriebsstunden behält sie über 90% ihrer Anfangsleistung und zeigt damit außergewöhnliche Robustheit.
Dieser Fortschritt ebnet den Weg für kommerzielle Anwendungen flexibler Tandem-Solarzellen. Sie könnten die Solarenergiebranche revolutionieren, indem sie leichte, effiziente und langlebige Lösungen bieten.
Was ist Perowskit und warum wird es in Solarzellen verwendet?
Perowskit ist ein kristallines Material, das die Solarzellentechnik dank seiner außergewöhnlichen optischen Eigenschaften revolutioniert hat. Es absorbiert Licht äußerst effizient und kann kostengünstig hergestellt werden.
Dieses Material kann ein breites Spektrum an Wellenlängen in Strom umwandeln, was es zum idealen Kandidaten für Solarzellen macht. Zudem lässt sich seine Struktur zur Leistungsoptimierung anpassen.
Im Gegensatz zu herkömmlichem Silizium kann Perowskit als Dünnschicht aufgetragen werden, was den Weg für flexible und leichte Anwendungen ebnet. Allerdings bleibt seine Langzeitstabilität eine Herausforderung.
Aktuelle Fortschritte wie in dieser Studie zeigen, dass Lösungen existieren, um die Haltbarkeit von Perowskit zu verbessern, insbesondere durch Kombination mit anderen Materialien wie CIGS.
Wie funktioniert eine Tandem-Solarzelle?
Eine Tandem-Solarzelle kombiniert zwei verschiedene Halbleitermaterialien, um Sonnenenergie effizienter zu nutzen. Jedes Material ist für die Absorption eines bestimmten Teils des Sonnenspektrums optimiert.
Bei Perowskit/CIGS-Zellen fängt Perowskit hauptsächlich sichtbares Licht ein, während CIGS für Infrarotlicht effektiv ist. Diese Komplementarität erhöht den Wirkungsgrad deutlich.
Die Verbindung dieser Materialien in einer Zelle stellt jedoch technische Herausforderungen, insbesondere bei der Haftung zwischen den Schichten. Innovationen wie die Antisolvent-Seeding-Methode sind entscheidend, um diese Hürden zu überwinden.
Tandemzellen repräsentieren die Zukunft der Solarmodule mit potenziell deutlich höheren Wirkungsgraden als aktuelle Technologien. Ihre Entwicklung ist ein Schlüsselfaktor für die Energiewende.
Quelle: Nature Energy