Der australische Hersteller von Solarzellen der dritten Generation Dyesol hat mit der Stabilisierung von Solarzellen mit Perowskiten als Halbleitermaterial begonnen. Dies ist ein weiterer wichtiger Schritt, um die Technologie aus dem Labor in die Massenfertigung zu überführen. „Während die bisherigen Entwicklungen sich vor allem auf die Verbesserung der Effizienz der Zellen auf großen Flächen konzentrierten, hat unsere jüngste technische Ausrichtung die Stabilität dieser leistungsstarken Zellen in industriell relevanten Größenordnungen im Blick“, erklärt Darnion Milliken, Technikvorstand von Dyesol. „Die Stabilität, die zu einer verbesserten Haltbarkeit und damit einer längeren Lebensdauer der Zellen führt, gilt als der wichtigste Leistungsparameter bei der Etablierung dieser bahnbrechenden Technologie als echte Konkurrenz für die bisher den Markt dominierende siliziumbasierte Photovoltaiktechnologie.“
Wirkungsgrad bleibt lange erhalten
Um die Stabilität der Perowskitzellen zu erhöhen, haben die Australier mehrere Chargen von Zellstreifen mit einer Größe von einem Quadratzentimeter eingekapselt. Die verwendeten Zellen mit einem Wirkungsgrad von gut zehn Prozent kamen direkt aus den Test-Produktionslinien von Dyesol. Danach haben die Forscher diese Zellen 1.000 Stunden lang dem vollen Sonnenlicht ausgesetzt. Am Ende haben sie die Zellen abermals hinsichtlich ihrer Effizienz geprüft. Das Ergebnis ist: Alle Chargen überlebten diesen beschleunigten Alterungstest ohne große Leistungseinbußen. Dieser ist auch ein zentraler Bestandteil der allgemeinen IEC-Zertifizierung von Solarzellen und Modulen ist. „Dieser Erfolg macht uns zuversichtlich, so dass wir jetzt die Entwicklung der beschleunigen und in naher Zukunft mit der Aufskalierung der Technologie der Perowskitsolarzellen beginnen“, stellt Technologiechef Milliken in Aussicht. „Immerhin haben wir gezeigt, dass das System auch auf größeren Flächen photovoltaisch stabil ist und Effizienzen von mehr als zehn Prozent über einen längeren Zeitraum erhalten bleiben.“ Dyesol will zunächst noch weitere Alterungstests mit den Zellen durchführen, um die Stabilität der Zellen weiter zu verbessern. Milliken geht davon aus, dass Dyesol innerhalb der nächsten Monate weitere Fortschritte hinsichtlich der Stabilität von Perowskitzellen vermelden kann.
Viel Licht absorbieren
Schließlich gelten diese Zellen als große Hoffnung der Photovoltaik der nächsten Generation, die kein Silizium und keine anorganischen Verbindungen mehr als Halbleiter nutzt. Perowskitzellen sind ein Hybrid aus organischen Methylammoniumverbindungen und anorganischen Bleihalogeniden. Die Kristallstruktur ähnelt dabei der von Kalziumtitanat. Das Mineral weißt eine kubische Kristallstruktur auf, die aber aufgrund des zu kleinen Radius der Kalziumionen verzerrt ist. Die organisch-anorgansichen Hybridsolarzellen sind vor allem für die Dünnschichtphotovoltaik interessant. Schließlich können sie viel Licht absorbieren, sie erlauben den Ladungsträgern eine hohe Beweglichkeit. Außerdem können die Elektronen im Material lange Strecken zurücklegen, ohne zu rekombinieren.
Auf die industrielle Massenfertigung vorbereitet
Zusammen mit weiteren Unternehmen und Forschungseinrichtungen arbeitet Dyesol mit Hochdruck daran, die Technologie zur Marktreife zu führen. Dazu sind die Australier der Solliance beigetreten. Dies ist eine Allianz von verschiedenen Herstellern und wissenschaftlichen Instituten, die sich der Entwicklung der Perowskittechnologie verschrieben haben. Unter den Mitgliedern dieser Allianz ist auch das belgische Forschungsinstitut IMEC in Leuven, das mit zwölf Prozent den derzeitigen Effizienzrekord für Perowskitzellen hält. „Wir müssen aber noch weiterer Fortschritte erzielen, um diese Art der Dünnschichtphotovoltaik für die industrielle Massenfertigung interessant zu machen“, erklärt Tom Aernouts, Forschungsleiter für die Dünnschichtphotovoltaik am IMEC.
Die Herausforderung liegt zum einen darin, das Halbleitermaterial gleichmäßig auf das Trägermaterial zu drucken, um die im Labor auf kleinen Flächen erreichten Wirkungsgrade auch in der Massenfertigung umsetzen zu können. „Wir nutzen dabei unsere ganze Erfahrung mit der organischen Photovoltaik“, betont Aernouts. „Diese Erfahrungen helfen uns dabei, schnell Fortschritte bei der Anhebung des Wirkungsgrades zu erreichen, um letztlich eine Moduleffizienz für diesen Typ von Dünnschichtsolarzellen von 20 Prozent zu erreichen“, gibt er das Ziel vor. Zum anderen müssen die Zellen aber auch stabil genug sein, um die Wirkungsgrade aus der Fertigung auch im Feld zu halten. Dies ist die nächste Parallele zur organischen Photovoltaik, die lange daran scheiterte, dass die Zellen als nicht langlebig genug galten. (Sven Ullrich)
