Tandemsolarzelle bricht Weltrekord beim Wirkungsgrad

Es geht voran: Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ziehen an allen Enden, um den Ertrag durch erneuerbare Energie zu steigern. Denn neben einem grundsätzlichen Ausbau von Windkraft und Solarenergie ist es wichtig, die Technologien zu verbessern, um eine höhere Effizienz der einzelnen Anlagen zu erreichen.

Für Außenstehende mag es nach einer Kleinigkeit klingen, wenn der Wirkungsgrad einer Solarzelle um fast 1% nach oben geht, doch Ingenieurinnen und Ingenieure wissen: Das ist ein Riesenschritt. Denn in den meisten Fällen steht eine fette Null vorm Komma, wenn Forschende neue Rekorde beim Wirkungsgrad bekanntgeben.

Solarzelle aus unterschiedlichen Materialien

Doch zurück zum Anfang: Es geht um sogenannte Tandem-Solarzellen, für die Zellen aus unterschiedlichen Materialien miteinander kombiniert werden. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) arbeiten hart daran, höhere Wirkungsgrade zu erreichen. Erfolge, die sie im Labor messen, sind jedoch relativ.

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Denn die Solarzellen müssen die Leistung natürlich auch in der Praxis erbringen und im industriellen Maßstab produziert werden können. Die Forschenden haben daher in den vergangenen Jahren mit einem Industriepartner zusammengearbeitet: Das Unternehmen Q CELLS aus Thalheim bietet Energielösungen in den Bereichen Solar, Energiespeicherung, Downstream-Projektgeschäft und Energiehandel an. Gemeinsam ist den beiden Partnern der hohe Weltrekord gelungen.

Forschende verbesserten beide Elemente der Tandem-Solarzelle

Die Tandem-Solarzelle besteht aus einer siliziumbasierten Q.ANTUM-Bottom-Zelle und einer perowskitbasierten Topzelle. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nutzten diese doppelte Chance und verbesserten sowohl die Perowskit-Zellen als auch die Silizium-Subzellen. Herausgekommen ist dabei ein Wirkungsgrad von 28,7%. Der letzte Rekord, der vom Speziallabor CalLab des Fraunhofer für Solare Energiesysteme ISE unabhängig verifiziert wurde, wurde im Jahr 2020 aufgestellt und lag bei 27,8%.

Silizium und Perowskit: Tandem für Solaranlagen liefert sensationellen Wirkungsgrad

In der Solarforschung kursieren zwar noch höhere Werte, die mit Perowskit-Tandemzellen erreicht wurden, vergleichbar sind diese mit den aktuellen Ergebnissen jedoch nicht. Denn normalerweise handelt es sich dabei um Laborexperimente, die sich nicht eins zu eins auf industriell hergestellte Solarzellen übertragen lassen. Das ist also das Besondere an den neuen Tandemzellen – es handelt sich um eine industrietaugliche Bodenzellenstruktur auf Basis der Q.ANTUM-Technologie, die zudem kosteneffizient hergestellt werden kann.

Solarzellen sind im industriellen Maßstab produzierbar

Bernd Rech, wissenschaftlicher Geschäftsführer des Helmholtz-Zentrums Berlin erklärt: „Unsere Expertinnen und Experten haben bereits mehrere Weltrekorde für Tandemzellen erzielt, die Perowskit-Topzellen mit anderen Bottom-Zellen kombinieren, allerdings im Labormaßstab. Wir fördern den Wissens- und Technologietransfer und begrüßen die fruchtbare Zusammenarbeit mit Q CELLS. Es ist bemerkenswert, wie nah der gemeinsam erreichte Wirkungsgrad mit einer serienreifen Bottom-Zelle bereits an das herankommt, was wir im Labormaßstab erreichen können.“

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Steve Albrecht, Gruppenleiter am HZB und Juniorprofessor an der Technischen Universität Berlin, glaubt sogar, dass die Tandem-Solarzellen den Photovoltaik-Markt „revolutionieren“ könnten. 
Dr. Daniel Jeong, CTO von Q CELLS, denkt praktischer. Er ist davon überzeugt, dass die Partner „die nächste Generation der Solarzellen hervorbringen können“. Für ihn ist klar, dass sein Unternehmen weiterhin stark in die Unterstützung von Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet investieren wird. Q CELLS hatte schon im vergangenen Jahr angekündigt, sein Budget für diesen Bereich in den nächsten drei Jahren auf 125 Millionen Euro zu erhöhen – nur für Investitionen in Deutschland.

Die Forschung und Entwicklung der neuen Tandem-Solarzelle wurde gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) und das Land Sachsen-Anhalt.

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