Rekordeffizienz – Tandem-Solarzellen aus Perowskit und organischem Material

Den Wirkungsgrad von Solarzellen zu verbessern, um von fossilen Energiequellen unabhängig zu werden, ist ein wesentliches Ziel der Solarzellenforschung. Ein Team um den Physiker Dr. Felix Lang von der Universität Potsdam, Prof. Lei Meng und Prof. Yongfang Li von der chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking, kombinierte nun Perowskit mit organischen Absorbern zu einer Tandem-Solarzelle auf Rekordniveau, wie sie im Fachjournal „Nature“ berichten.

Indem man bei Solarzellen zwei Materialien kombiniert, die jeweils kurze und lange Wellenlängen absorbieren und damit sowohl den blauen/grünen als auch den roten/infraroten Spektralbereich abdecken, kann man das Sonnenlicht optimal nutzen. Dies ist eine bekannte Strategie, um die Effizienz von Solarzellen zu steigern. Die besten rot/infrarot-absorbierenden Teile von Solarzellen wurden bisher traditionell aus Silizium oder CIGS (Kupfer-Indium-Gallium-Selen) hergestellt. Leider erfordern diese Materialien hohe Verarbeitungstemperaturen und haben daher einen relativ großen CO2-Fußabdruck.

In ihrer Arbeit, die jetzt in „Nature“ veröffentlicht wurde, kombinieren Lang und Kollegen zwei aufstrebende Solarzellentechnologien, nämlich Perowskit- und organische Solarzellen, die beide bei niedrigen Temperaturen und mit einem geringen CO2-Fußabdruck verarbeitet werden können. Es war jedoch nicht einfach, bei dieser neuen Kombination einen Rekordwirkungsgrad von 25,7 % zu erreichen, so Felix Lang: „Dies war nur möglich, weil uns zwei wichtige Durchbrüche gelungen sind.“ 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 er. „Um dieses Problem zu lösen, haben wir eine neuartige Passivierungsschicht auf das Perowskit aufgebracht, die Materialfehler reduziert und die Leistung der gesamten Zelle verbessert.“

Link zur Publikation: Jiang, X. et al. Lang, F. & Li, Yongfang, Isomeric diammonium passivation for perovskite–organic tandem solar cells. Nature (2024), https://doi.org/10.1038/s41586-024-08160-y

Abbildungen:
Schema: Schematisches Bild vom Aufbau einer Perowskit-Organischen Tandem-Solarzelle. Bildrechte: Felix Lang.
Felix Lang und Guorui He mit Perowskit-OPV-Solarzellen. Foto: C. Thee Vanichangkul
Solarzelle mit Passivierung im Labor unter simuliertem Sonnenlicht. Foto: C. Thee Vanichangkul

Kontakt:
Dr. Felix Lang, Institut für Physik und Astronomie
Tel.: 0331 977 5630
E-Mail: felix.lang.1@uni-potsdam.de

Medieninformation 28-11-2024 / Nr. 112
Dr. Stefanie Mikulla

Universität Potsdam
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