Anzeige

Mit einem Trick werden Solarzellen stabiler

09. September 2022

Solarzellen
Noch bestehen die meisten Solarzellen aus Silicium. Doch der Durchbruch für Perowskit-basierte Zellen könnte kommen.
Foto: Panthermedia.net/gyuszko
Bislang ist der große wirtschaftliche Durchbruch von Perowskit-Solarzellen ausgeblieben. Das wollen Forschende aus Litauen ändern. Sie setzen auf ein neues, innovatives Polymer.
Anzeige
Anzeige


Organisch-anorganische Hybrid-Perowskit-Solarzellen gelten als vielversprechende Lösung innerhalb der Photovoltaik und als mögliche Alternative zu hochpreisigen Silicium-basierten Zellen. Sie sind billiger herzustellen, flexibler einzusetzen und haben eine höhere Effizienz bei der Energieumwandlung. Ihr Nachteil liegt vor allem in der schlechten Stabilität. Während Silicium-Solarzellen über 20 oder mehr Jahre kaum an Leistungsfähigkeit einbüßen, knickt die Kurve bei Perowskit-Zellen schon nach Wochen oder Monaten ein. Zahlreiche Arbeitsgruppen haben sich mit der Frage befasst, wie sich Perowskite stabilisieren lassen – mit unterschiedlichem Erfolg.

Eine Gruppe von Chemikerinnen und Chemikern der Technischen Universität Kaunas in Litauen, die seit längerer Zeit im Bereich Solarenergie forscht, berichtet jetzt von innovativen Herangehensweisen. Die Forschenden haben eine neue Klasse von vernetzbaren Materialien auf Carbazolbasis synthetisiert, die gegen verschiedene Umwelteinflüsse resistent sind, einschließlich starker Lösungsmittel, die bei der Herstellung von Solarzellen verwendet werden. Carbazole sind Ringstrukturen aus Kohlenstoff und Stickstoff, daher der Name. Sie lassen sich recht preisgünstig herstellen.

Anzeige
Anzeige

Überraschende Idee: Wie Salze die Leistung von Solarzellen verbessern

Innovative Materialien für Solarzellen von morgen

Die Physik dahinter: Geschichteten Solarzellen der neuen Generation können zwei architektonische Strukturen aufweisen, nämlich regelmäßige (n-i-p) und invertierte (p-i-n) Anordnungen. Bei Letzterer werden die löchertransportierenden Materialien unter der Perowskit-Absorberschicht abgeschieden. Ein mit Elektronendonoraten dotierter Halbleiter wird als n-Halbleiter bezeichnet; hier leiten Elektronen den Strom. Bei p-Halbleitern wurden Atome als Elektronenakzeptoren beigefügt; hier sind Fehlstellen („Löcher“) die Leiter. In der i-Schicht ist das Dotierungsniveau gering.

Die neuen Materialien, die in den Labors entwickelt wurden, trugen dazu bei, dass die Perowskit-Zellen mit invertierter Architektur im ersten Versuch einen Wirkungsgrad von 16,9% erreichten, wenn sie als Lochtransportschichten eingesetzt wurden. Die Forscherinnen und Forscher erwarten, dass bei einer Optimierung ein höherer Wirkungsgrad erreicht werden kann.

Anzeige
Anzeige

Doch der Weg dahin war steinig. „Obwohl p-i-n-Zellen im Vergleich zu Perowskit-Solarzellen mit regulärer Architektur zahlreiche Vorteile aufweisen, haben sie auch gravierende Mängel“, erklärt Vytautas Getautis, Professor an der Fakultät für Chemische Technologie der KTU. „So müssen die löchertransportierenden Verbindungen in der Lage sein, den starken polaren Lösungsmitteln zu widerstehen, die zur Bildung der lichtabsorbierenden Perowskitschicht verwendet werden, die sich darüber befindet.“

Das neue Polymer behebt etliche Schwierigkeiten

Um dieses Problem zu lösen, werden in p-i-n-Architekturen häufig Polymere als löchertransportierende Materialien verwendet. Aufgrund von Löslichkeitsproblemen ist es jedoch nicht einfach, daraus eine Polymerschicht zu bilden. Als Herausforderung gilt auch die Reproduzierbarkeit von Reaktionen, um die gleiche Struktur zu synthetisieren. Deshalb stellten die KTU-Forscher eine löchertransportierende Schicht aus Molekülen auf Carbazolbasis her, die dann in situ thermisch polymerisiert wurde, um einen Vernetzungseffekt zu erzielen.

Anzeige
Anzeige

Das vernetzte Polymer hat eine dreidimensionale Struktur. Es ist sehr widerstandsfähig gegenüber verschiedenen Einflüssen, einschließlich der starken Lösungsmittel, die bei der Bildung einer lichtabsorbierenden Perowskit-Schicht verwendet werden. „Wir haben mehrere Molekülgruppen verwendet und Materialien entwickelt, die bei Verwendung als Lochtransportschicht den Wirkungsgrad einer invertierten Perowskit-Solarzelle auf fast 17% verbessern können“, sagt Šarūnė Daškevičiūtė-Gegužienė von der der Technischen Universität Kaunas.

Erste Solarzelle weltweit aus Getränkeverpackungen entwickelt

Bestehende Technologien bei Perowskit-Solarzellen verbessen

Wie geht es weiter? Die Forschungsgruppe hat zahlreiche neue Verbindungen synthetisiert. Getautis jedenfalls rechnet damit, dass die neuen Solarzellen – sobald sie die Marktreife erkangt haben – preisgünstige Alternativen zu Silicium-Zellen darstellen könnten.

„Unser Forschungsbereich zielt darauf ab, die bestehenden Technologien für Perowskit-Solarelemente zu verbessern, und in diesem Bereich haben wir die besten Ergebnisse mit der selbstorganisierenden Monolayer-Technologie erzielt. Die Wissenschaft entwickelt sich jedoch oft in mehrere Richtungen, da wir Wege finden müssen, um die Solarenergie bestmöglich zu nutzen“, sagt Getautis.

Obwohl Perowskit-Zellen im Vergleich zu Silicium-basierten Solartechnologien noch relativ neu sind, gibt es mehrere Unternehmen, die bereits verschiedene Produkte auf der Grundlage der Perowskit-Technologie auf den Markt gebracht haben. Sie produzieren flexible, halbtransparente Innenausstattungselemente, tragbare Module oder verschiedene architektonische Lösungen. Und das ist erst der Anfang.

„Solarenergie ist völlig umweltfreundlich – sie verursacht keine Umweltverschmutzung, und die installierten Solaranlagen erfordern kaum Wartung“, sagt Getautis. „In Anbetracht der aktuellen Ereignisse und der Energiekrise interessieren sich immer mehr Menschen für die Installation von Solarkraftwerken auf ihren Häusern oder für einen Anteil an einem Solarpark. Das ist die Zukunft der Energie.“ Er rechnet damit, dass zum Jahr 2050 etwa die Hälfte des auf der Erde verbrauchten Stroms aus Sonnenenergie erzeugt werden – und dass bis dahin Perowskit-Solarzellen eine große Rolle spielen werden.

Mehr zum Thema Solarzellen:



Ein Beitrag von:

Anzeige
Anzeige

Top Stellenanzeigen

CAD-Konstrukteur (m/w/d)
Boyd Weiler GmbH & Co. KG

13.09.2026
Weiler-Simmerberg
Senior Ingenieur Systemintegration und KI-basierte Performancebewertung (w/m/d)
TransnetBW GmbH

13.09.2026
Stuttgart
Ingenieur Systemführung Operative Betriebsplanung (w/m/d)
TransnetBW GmbH

13.09.2026
Stuttgart
Bauprojektleiter (m/w/d)
Allbau Managementgesellschaft mbH

13.09.2026
Essen
Ingenieur* im Anforderungsmanagement
DFS Deutsche Flugsicherung GmbH

13.09.2026
Langen
Bauingenieur / Bautechniker Kommunaler Tiefbau (m/w/d)
WipflerPLAN Planungsgesellschaft

13.09.2026
Donauwörth, Nördlingen, Pfaffenhofen an der Ilm, Lauf an der Pegnitz
Information Security Manager (all genders)
VINCORION Advanced Systems GmbH

13.09.2026
Wedel
Professur „Wirtschaftsinformatik und Datenbanken mit dem Schwerpunkt IT-Venture-Design, Digital Enterprise und innovativer Lehre in Makerspace-Settings (W2)“
Hochschule Düsseldorf University of Applied Sciences

13.09.2026
Düsseldorf
Senior-Ingenieur Auftragsengineering (m/w/d)
Mehrer Compression GmbH

13.09.2026
Balingen
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Hamm
Die Autobahn GmbH des Bundes

13.09.2026
Hamm, Münster
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Dillenburg
Die Autobahn GmbH des Bundes

13.09.2026
Dillenburg
BIM-Manager (w/m/d) Niederlassung Westfalen
Die Autobahn GmbH des Bundes

13.09.2026
Hamm, Münster, Gelsenkirchen
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Netphen
Die Autobahn GmbH des Bundes

13.09.2026
Netphen
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Bochum
Die Autobahn GmbH des Bundes

13.09.2026
Bochum
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Osnabrück
Die Autobahn GmbH des Bundes

13.09.2026
Osnabrück
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Hagen
Die Autobahn GmbH des Bundes

13.09.2026
Hagen
Bauleiter (m/w/d) im Bereich schlüsselfertigen Wohnungsbau
SCHEIDL

13.09.2026
Moosburg/Landshut
Projektingenieur Fachplanung Versorgungstechnik (m/w/d)
INGENIEURBÜRO ZAMMIT GmbH

13.09.2026
Achim, Celle, Salzgitter, Wolfsburg
Meister (m/w/d) für die mechanische Fertigung
Montanhydraulik GmbH

13.09.2026
Gelsenkirchen
Bauingenieur (w/m/d)
Die Autobahn GmbH des Bundes

13.09.2026
Bayreuth

Weitere Artikel



Anzeige
Anzeige