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Photovoltaik

Schweizer Forscher entwickeln langlebige Perowskit-Solarzellen

Perowskit-Solarzellen könnten künftig billigen Solarstrom liefern. Die effizientesten Versionen waren jedoch bisher nicht sehr langlebig. Das ändert sich nun mit zwei Neuerungen, die Forschende der ETH Lausanne entwickelt haben.

Durchbruch für die Perowskit-Solarforschung: Michael Grätzel von der ETH Lausanne (EPFL) ist es gelungen, langlebige Perowskit-Solarzellen mit hoher Ausbeute zu entwickeln. (Im Bild: Fassade des Swiss Tech Convention Center der EPFL) (Bild: G. Diezi)

Wissenschaftlern um Michael Grätzel von der ETH Lausanne (EPFL) ist es gelungen, Perowskit-Solarzellen mit hoher Ausbeute zu erzeugen, die zudem noch lange haltbar sind. In einem Versuch mit über 1000 Stunden intensiven Sonnenlichts bei 60 Grad Celsius büssten die verbesserten Solarzellen nur weniger als fünf Prozent ihrer Leistung ein, berichten die Forschenden im Fachblatt «Science».

Effizienz und Stabilität vereinen

Perowskit-Solarzellen holen gegenüber Silizium-basierter Fotovoltaik allmählich auf. Forschende konnten die Effizienz von ersteren bereits auf über 22 Prozent steigern, im Vergleich zu rund 25 Prozent bei Silizium-Solarzellen. Die effizientesten Perowskit-Modelle sind jedoch bisher nicht besonders langlebig, wie die EPFL am Donnerstag mitteilte.

Ein Knackpunkt sind Materialien, welche selektiv positive Ladungen («Holes») in der Solarzelle transportieren. Diejenigen «Hole-Transporting-Materials» (HTMs), mit denen sich eine Ausbeute von über 20 Prozent erreichen lässt, sind bisher teure, organische Prototypen, die sich negativ auf die Langzeit-Stabilität der Leistung auswirken.

«Durchbruch in der Perowskit-Solarzellen-Forschung»

Eine vielversprechende Alternative ist Kupferthiocyanat (CuSCN), allerdings war dessen Einsatz bisher von wenig Erfolg gekrönt. Anders bei der Neuentwicklung der EPFL-Forschenden Neha Arora und M. Ibrahim Dar: Zum einen entwickelten sie eine Methode, um CuSCN als hauchdünne Schicht von hoher Qualität auf die Solarzelle aufzutragen. Zum anderen fügten sie eine zusätzliche Graphenschicht in den Aufbau der Solarzelle ein. Diese dient als Trennung zwischen der CuSCN- und einer Gold-Schicht und hält das CuSCN chemisch stabil.

Selbst nach der Langzeitbesonnung von 1000 Stunden bei 60 Grad behielt dieses neue Modell über 95 Prozent seiner ursprünglichen Effizienz, schrieb die EPFL. Das sei sogar besser als die derzeit rege erforschten Perowskit-Solarzellen mit den teuren organischen HTMs. «Das ist ein grosser Durchbruch in der Perowskit-Solarzellen-Forschung und ebnet den Weg für die breite kommerzielle Anwendung dieser vielversprechenden neuen Fotovoltaik-Technologie», sagte Grätzel gemäss der Mitteilung. (sda/mrm)