Forschungsergebnisse erleichtern Produktion neuer Solarzellengeneration
Ende Januar haben Forscher des Los Alamos National Laboratory (LANL) in der Zeitschrift Science eine neue, auf einer Lösung basierende Heißgusstechnik veröffentlicht, die das Wachstum von hocheffizienten und reproduzierbaren Solarzellen aus großflächigen Perowskit-Kristallen beschleunigt.
„Diese Perowskit-Kristalle bieten vielversprechende Wege für die Entwicklung von preiswerten, auf Sonnenergie beruhenden, sauberen globalen Energielösungen für die Zukunft“, sagte Projektleiter Aditya Mohite (Foto – mit Mitarbeiterin Wanyi Nie).
Die beiden Forscher sehen denn auch in den in anspruchsvollen Hochtemperatur-Kristallwachstumsprozessen gewachsenen State-of-the-Art-PV-Zellen mit hochreinen, großflächigen, einkristallinen Halbleitern im Wafer-Maßstab die Zukunft der effizienten Solartechnik. Solarzellen aus organisch-anorganischen Perowskiten bieten insgesamt zwar Wirkungsgrade von Silizium, sie hatten aber bisher noch einige gewichtige, ihre Rentabilität begrenzende Mängel. Diese Fehler korrigiert das Los Alamos-Verfahren jetzt.
18 % Wirkungsgrad
Die Forscher stellten plane Solarzellen aus Perowskit-Materialien mit großer kristalliner Körnung her, die Wirkungsgrade von 18% erreichten, die bisher besten unter den auf Perowskit basierenden Energieumwandlungen. Über die Temperatur konnten sie bei der Herstellung die Korngrösse in der lichtabsorbierenden Perowskit-Schicht kontrollieren. Die Größe der Kristalle hatte dabei erheblichen Einfluss auf die Effizienz der Solarzellen. Die Gruppe von Mohite führt diese Leistungssteigerung auf die geringere Zahl an Defekten, die geringen Schwankungen von Zelle zu Zelle und die höhere Mobilität der Ladungsträger in den größeren Kristallen zurück.
Wichtig: Reproduzierbarkeit
Bemerkenswert an der Arbeit Mohites sei allerdings nicht der Wirkungsgrad an sich, wie die Forscher in Science schreiben, denn inzwischen ließen sich selbst mit kleiner-körnigen Perowskit-Schichten höhere Wirkungsgrade erzielen (der Rekord liege derzeit bei 20,1 Prozent). Ihnen kommt es vielmehr auf den hohen Grad der Reproduzierbarkeit an. Außerdem beobachteten die Forscher, dass Kristalldefekte in den grobkörnigen Schichten kaum mehr zur Rekombination der Ladungsträger beitrugen, mit der Folge, dass wesentliche Kenngrößen wie der Kurzschlussstrom oder die Leerlaufspannung fast die unter den gegebenen Umständen möglichen maximalen Werte erreichen.
Mohite: „Wir haben gezeigt, dass die Kristallqualität auf Augenhöhe mit den für qualitativ hochwertige Halbleiter erachteten Silizium- und Gallium-Arseniden ist. “ Die Forscher glauben, dass ihre Kristallwachstumstechnik das Feld in Richtung der erforderlichen Synthese kristallinen Perovskits im Wafermaßstab für die Produktion hocheffizienter Solarzellen führen und anwendbar auf verschiedene andere Dünnschicht-Produktionstechniken sein wird. Mit hochwertigen Perowskit-Schichten seien viel höhere Wirkungsgrade zu erreichen.
[note Das Los Alamos National Laboratory (LANL), eine 1943 gegründete Forschungseinrichtung der US-Regierung (der Departments of Energy, DOE), ist in erster Linie ein Kernforschungszentrum, das durch das hier begonnene Atomwaffenprogramm der US-Regierung bekannt wurde und wo die erste Atombombe während des Manhattan-Projekts entwickelt wurde. Heute wird im LANL neben dem Programm zur Erhaltung des vorhandenen Nuklearwaffenpotenzials der USA auch Grundlagenforschung auf den Gebieten Physik, Chemie, Biologie und Mathematik betrieben. Es beherbergt eines der größten Institute für theoretische Forschung der Welt und hat insgesamt mehr als 6000 Mitarbeiter. Es liegt abgelegen etwa 60 km nordwestlich von Santa Fe, New Mexico, in 2.500 Metern Höhe auf einer Hochebene.]
->Quellen: