Ein Forscherteam hat mit einer Kombination aus organischen Halbleitern und Perowskiten einen neuen Wirkungsgradrekord erreicht. Die Wissenschaftler der Universitäten Köln, Wuppertal und Potsdam sowie des Helmholtz-Zentrums Berlin und des Pax-Planck-Instituts für Eisenforschung in Düsseldorf haben mit ihrer Tandemzelle eine Effizienz von 24 Prozent geschafft. Bisher lagen die Forschungsergebnisse bei etwa 20 Prozent.
Unterschiedliche Wellenlänge absorbieren
Die Projektpartner haben sich auf diese Kombination aus organischen und perowskitbasierten Absorbern konzentriert, weil die Entwicklung einer neuen Zelltechnologie mit Blick auf die Energiewende dringend notwendig sei. Der Vorteil des Tandems ist, dass jede Schicht Sonnenlicht unterschiedlicher Wellenlänge absorbiert und für die Stromproduktion nutzt. Die einzelnen Spektralbereich können sogar bewusst eingestellt werden. „Bei diesem Projekt kamen organische Halbleiter für den ultravioletten und sichtbaren Teil des Lichtes zum Einsatz, während Perowskit den nahen Infrarotbereich effizient absorbieren kann“, erklären die Forscher. „An ähnlichen Materialkombinationen wurde schon in der Vergangenheit geforscht.“
Verluste an den Grenzflächen minimieren
Doch jetzt sei es gelungen, deren Leistungsfähigkeit entscheidend auf 24 Prozent zu steigern. „Um solch hohe Effizienz zu erreichen, mussten innerhalb der Solarzelle die Verluste an den Grenzflächen zwischen den Materialien minimiert werden“, beschreibt Selina Olthof vom Institut für Physikalische Chemie der Uni Köln die Stellschraube an der sie und ihre Kollegen gedreht haben. „Hierzu entwickelten die Wuppertaler Forscher einen sogenannten Interconnect, der die organische Subzelle mit der Perowskitzelle elektrisch und optisch verbindet.“
Effizienz von 30 Prozent ist möglich
Als Interconnect haben die Entwickler eine nur 1,5 Nanometer dünne Schicht aus Indiumoxid in die Solarzelle integriert. Dadurch konnten sie die Verluste gering halten. Im zweiten Schritt haben die Forscher aus Köln die Grenzflächen sowie den Interconnect elektrisch und energetisch untersucht, um immer noch existierende Verluste zu finden und die einzelnen Bauteile der Zelle weiter zu optimieren. Dies sei gelungen. Erste Simulationen der Wuppertaler Arbeitsgruppe zeigen, dass mit diesem Ansatz in Zukunft Tandemzellen sogar mit einem Wirkungsgrad jenseits der 30 Prozent erreichbar sind. (su)
