Die University of Sydney hat eine neue Solarzelle entwickelt, die gleich in zwei wichtigen Punkten neue Maßstäbe setzt: Sie arbeitet nicht nur effizienter als vergleichbare Modelle, sondern bleibt auch unter Extrembedingungen stabil. Das könnte Solarstrom noch wirtschaftlicher und flexibler machen.
Solarzelle erreicht Rekord-Wirkungsgrad von 27 Prozent
In der neuen Solarzelle sind drei übereinanderliegende Halbleiterschichten zu finden, die gemeinsam mehr Sonnenlicht in Strom umwandeln als klassische Siliziumzellen. Die kleine Variante der Zelle erreichte bei ersten Tests einen Wirkungsgrad von beeindruckenden 27,06 Prozent.
Die größere Version des Prototyps aus Australien überzeugte ebenfalls mit gemessenen 23,3 Prozent und stellte damit einen neuen Rekord in ihrer Klasse auf. Zum Vergleich: Konventionelle Module aus kristallinem Silizium erreichen heutzutage typischerweise einen Wirkungsgrad von rund 20 Prozent. Das zeigt das immense Potenzial der verwendeten Kombination aus Perowskit, einem ebenfalls lichtempfindlichen Halbleitermaterial, und Silizium.
Noch entscheidender ist vielleicht die nachgewiesene Stabilität, auf die die Forscher ebenfalls stolz sind. Die neue Zelle überstand einen Härtetest mit 200 extremen Temperaturwechseln zwischen – 40 und + 85 Grad. Viele andere Prototypen sind dazu nicht in der Lage. Auch nach 400 Stunden Dauerbetrieb unter künstlichem Licht blieb die Leistung nahezu vollständig erhalten, wie es im Bericht der University of Sydney heißt.
Neuer Materialmix macht Solarzellen stabil wie nie zuvor
Die Werte allein sind schon beeindruckend, doch die eigentliche Bedeutung ist erst in den Details des Projekts zu finden. Die Forscher setzten nämlich auf einen ganz neuen Materialmix, um die typischen Schwächen von Perowskit-Zellen zu beheben. So ersetzten sie z. B. erfolgreich das instabile Methylammonium durch Rubidium.
Auch bei der Oberflächenbehandlung haben die Wissenschaftler keinen Stein auf dem anderen gelassen. Piperazinium ersetzte das bisher übliche, aber als weniger stabil geltende Lithiumfluorid. Zusätzlich kam Gold nicht wie sonst üblich als durchgehende Schicht, sondern nur in Form von gezielt verteilten Nanopartikeln zum Einsatz. Diese Verbesserung steigert sowohl die Lichtausbeute als auch den Stromfluss durch die Zelle.
Für die Solartechnik könnte das im besten Fall ein weiterer Wendepunkt sein. Perowskit-Zellen gelten schon länger als Hoffnungsträger, da sie effizienter arbeiten und sich kostengünstiger herstellen lassen als Siliziumzellen. Doch in der Praxis scheiterten viele Konzepte an mangelnder Haltbarkeit. Die neue Zelle zeigt, dass sich dieses Problem offenbar lösen lässt.
Perowskit-Zellen sind zudem dünner und leichter als herkömmliche Module. Das Material ist daher für Einsatzbereiche interessant, in denen Platz knapp und Gewicht entscheidend ist: Wohnmobile, Boote oder Gebäude mit begrenzter Dachfläche könnten von höheren Wirkungsgraden stark profitieren. Auch ganz neue, flexible oder aufklebbare Module sind damit möglich.
