Photovoltaik Fast 30 Prozent Wirkungsgrad: Tandem-Solarzellen mit neuem Energie-Weltrekord

Forschern aus Großbritannien ist offenbar ein Durchbruch beim Wirkungsgrad von Solarzellen gelungen. Durch die Kombination von Perowskit mit Silizium nutzen ihre Zellen fast 30 Prozent der Sonnenergie.

Neue Silizium-Perowskit-Solarzellen
Die Perowskit-Silizium-Tandem-Solarzelle - ab 2022 soll sie in Brandenburg/H. hergestellt werden. Bildrechte: Oxford PV

Das Werk in Brandenburg an der Havel steht bereits. Ab 2022 sollen die neuen Solarzellen dort produziert werden. Mit der Veröffentlichung in Applied Physics Letters gibt es jetzt auch die wissenschaftliche Bestätigung für die Forscherinnen und Forscher der britischen Firma Oxford PV. Ihre neuen Solarzellen erreichen einen Wirkungsgrad von 29,52 Prozent. Das bedeutet, dass rund ein Drittel des einfallenden Lichts in elektrische Energie umgewandelt wird.

Mit Silizium allein sind solche Wirkungsgrade nicht möglich. Wegen der physikalischen Materialeigenschaften liegt die theoretische Grenze solcher Module bei 29,3 Prozent. Erst wenn man Silizium mit anderen Materialien kombiniert, erhält man Solarzellen, die mehr leisten können. Dabei sind sogar deutlich mehr als die 29,52 Prozent möglich, wie zum Beispiel Forscher des Helmholtz-Zentrums Berlin bereits 2018 nachgewiesen haben. Sie hatten organische Schichten in die Solarzelle eingebaut. Damit seien auch 40 Prozent Wirkungsgrad möglich. Praktisch umgesetzt wurde das Konzept aber bisher noch nicht.

Perowskit - lange vergessen

Deshalb feiert Oxford PV jetzt den neuen Wirkungsgrad-Weltrekord. Das Forschungsteam um Laura Miranda Pérez hat einen anderen Partner für das Silizium gefunden: Perowskit. Ein relativ häufig vorkommendes Mineral, benannt nach seinem Entdecker, dem russischen Mineralogen Lew Alexejewitsch Perowsk. 1839 hat er das zur Klasse der Oxide und Hydroxide gehörende Mineral beschrieben, dann geriet es lange in Vergessenheit. Erst seit 2009 wird es wieder intensiv untersucht, da es ein riesiges Potential für die Photovoltaik besitzt. Seit Juni 2013 auch bei Oxford PV. Perez: "Wir wussten, dass wir eine großartige Technologie in unseren Händen haben und wahrscheinlich die größte Entwicklung im Bereich Solarenergie in den letzten Jahrzehnten." Auch Solar-Experten aus Dresden forschen daran. Erst im Frühjahr 2021 veröffentlichten sie eine Studie über eine "Methode für die reproduzierbare Herstellung von hocheffizienten Perowskit-Solarzellen", wie es in der Mitteilung der TU Dresden heißt.

Währenddessen haben Laura Miranda Perez und das Oxford PV Team mit ihrer speziellen Methode schon die Produktionsreife erreicht. In Brandenburg an der Havel ensteht die weltweit erste Perowskit-auf-Silizium-Produktionslinie. Noch sind die 29,52 Prozent zwar ein Laborwert, aber auch nicht das Ende der Fahnenstange. "Wir arbeiten weiter an Verbesserungen an unserem aktuellen Produkt," so Perez gegenüber MDR WISSEN. Mit einer Roadmap, die als nächstes Wirkungsgrade bis 33 Prozent bei Solarzellen erreichen soll. Das könnte mit neueren Geräten sogar bis auf 39 Prozent gesteigert werden. "Wir möchten den Menschen helfen, das enorme Potenzial der Perowskit-auf-Silizium-Tandemtechnologie zu verstehen, um die Effizienz von Solaranlagen zu steigern und der Welt dabei zu helfen, das Ziel einer nachhaltigen Energieversorgung für alle zu erreichen", sagte Miranda Pérez.

Link zur Studie

Christina Kamaraki, Matthew T. Klug, Thomas Green, Laura Miranda Pérez, and Christopher Case, "Perovskite/silicon tandem photovoltaics: Technological disruption without business disruption", ist Applied Physics Letters erschienen.

gp

2 Kommentare

Eulenspiegel vor 15 Wochen

Also was man hier eindeutig erkennen kann ist die Endwicklung geht weiter. Ja sie beginnt jetzt erst richtig. Und auch die konkreten Ausführungen werden sich stärker an den Wünschen der Kunden orientieren. Eine eierlegende Wollmilchsau  gab es bisher noch nicht. Und wird es auch in Zukunft nicht geben. Das braucht es auch nicht. Es genügt wenn wir Sonne-Wind-und Wasserkraft mit den optimalen Wirkungsgrat umsetzen können.

part vor 15 Wochen

Die eierlegende Wollmilchsau fürs Dach ist dabei noch gefunden worden. Den Solardachziegel gibt es zwar, er muss aber aufwendig elektrisch verbunden werden, zu umständlich und teuer. Für den Dachdecker sind herkömmliche Module etwas zu schwer, sie werden immer auf das bereits bestehende Dach installiert. Eine neue Lösung müsste her, größer als ein Dachziegel, leicht zu verbinden und gleichzeitig als Dachfläche geeignet.