Den Wirkungsgrad von Solarzellen zu verbessern, um von fossilen Energiequellen unabhängig zu werden, ist ein wesentliches Ziel der Solarzellenforschung. Indem zwei Materialien kombiniert werden, die jeweils kurze und lange Wellenlängen absorbieren und damit sowohl den blauen/grünen als auch den roten/infraroten Spektralbereich abdecken, lässt sich Sonnenlicht optimal nutzen.
Die besten Rot/Infrarot-absorbierenden Teile von Solarzellen wurden bisher traditionell aus Silizium oder CIGS (Kupfer-Indium-Gallium-Selen) hergestellt. Diese Materialien erfordern allerdings hohe Verarbeitungstemperaturen und haben daher einen relativ großen CO2-Fußabdruck.
Ein Team um den Physiker Dr. Felix Lang von der Universität Potsdam sowie Prof. Lei Meng und Prof. Yongfang Li von der chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking kombinierte nun Perowskit mit organischen Absorbern zu einer neuen Tandem-Solarzelle. Bei den beiden Materialien handelt es sich um aufstrebende Solarzellentechnologien, die sich bei niedrigen Temperaturen verarbeiten lassen und somit weniger CO2 ausstoßen.
Den Rekordwirkungsgrad von 25,7 Prozent zu erreichen, war dabei nicht leicht. „Dies war nur möglich, weil uns zwei wichtige Durchbrüche gelungen sind“, sagt Lang.
Erstens synthetisierten Meng und Li eine neuartige Rot/Infrarot-absorbierende organische Solarzelle, die ihre Absorption noch weiter als bisher in den infraroten Bereich ausdehnt. „Dennoch waren die Tandem-Solarzellen durch die Perowskitschicht limitiert, die so konfiguriert ist, dass sie nur die blauen/grünen Teile des Sonnenspektrums absorbiert und dadurch starke Effizienzverluste aufweist“, erklärt Lang. „Um dieses Problem zu lösen, haben wir eine neuartige Passivierungsschicht auf das Perowskit aufgebracht, die Materialfehler reduziert und die Leistung der gesamten Zelle verbessert.“
