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Wissenschaft: Rekorde ohne Nutzen

25,5 Prozent Effizienz mit einer Perowskit-Solarzelle sind ein neuer Rekord. Wieder einmal. Von einer praktischen Anwendung ist die billige, effiziente Technik trotzdem weit entfernt. Der Wissenschaftsbetrieb ist daran mit schuld.

Ein IMHO von veröffentlicht am
Die neue Rekordzelle im Querschnitt
Die neue Rekordzelle im Querschnitt (Bild: HZB)

Perowskite sind eine Klasse von Stoffen einer bestimmten Kristallstruktur, die seit 2009 als mögliche Grundlage für billige und effiziente Solarzellen gelten. Keine andere Technik zur Konstruktion von Solarzellen hat in der Vergangenheit derart schnelle Fortschritte in der Verbesserung der Effizienz gemacht. Trotzdem werden die immer neuen Rekordmeldungen, diesmal eine Messung von 25,5 Prozent im Helmholtz-Zentrum Berlin, immer uninteressanter.

Inhalt:
  1. Wissenschaft: Rekorde ohne Nutzen
  2. Fünf Minuten sind eine gute Kurzzeithaltbarkeit

Das liegt nicht daran, dass die Forscher tatsächlich eine Tandemzelle auf Basis einer herkömmlichen Silizium-Solarzelle entwickelten. Die Herstellung der Siliziumzellen ist in den vergangenen Jahren selbst immer billiger geworden und eine Verbesserung ihrer Effizienz durch eine kostengünstige Schicht aus Perowskit ist verlockend, zumal die Effizienz dieser Konstruktion in der Theorie noch bis 32,5 Prozent gesteigert werden könnte. Für einzelne, sogenannte Single-Junction-Perowskit-Zellen, liegt der Rekord derzeit bei rund 22 Prozent.

Billiges Perowskit kann Silizium besser machen

Die Perowskit- und Siliziumzelle ergänzen sich gegenseitig im Tandem. Die Perowskite haben als Halbleiter eine größere Bandlücke als Silizium. Sie können also nur aus energiereicheren Photonen des Sonnenlichts Energie gewinnen, erzeugen dabei aber pro Photon mehr Energie, als es eine Silizium-Solarzelle könnte. Für Photonen mit zu wenig Energie, aus denen sie keine Energie gewinnen können, sind die Perowskite hingegen transparent.

Die Perowskit-Schicht reicht also die übrigen Photonen an die Siliziumschicht weiter, die sie noch für die Energiegewinnung verwerten kann. Um die theoretisch möglichen 32,5 Prozent der Konstruktion zu erreichen, müsste die Bandlücke durch chemische Veränderungen noch etwas angepasst werden. Das gleiche Prinzip wird beispielsweise auch mit Schichten aus Gallium-Arsenid und anderen Halbleitermaterialien erreicht, die aber teuer in der Herstellung sind, während die Perowskit-Schichten mit einfachen Chemikalien und Verfahren im Labor herstellbar sind.

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Um die Effizienz der Zellen noch weiter zu steigern, griffen die Forscher vom Helmholtz-Zentrum zu einem weiteren Trick. Die Oberfläche wurde mit einer strukturierten Folie versehen, die Reflexionen von Licht verringert und damit mehr Photonen in die Zelle befördern. Zusammen mit anderen Verbesserungen wurde so der neue Rekord erreicht, eine Steigerung von 23,4 Prozent auf 25,5 Prozent.

Perowskit zerfällt von selbst

Und trotzdem bleibt es ein Rekord ohne Nutzen. Diese Perowskit-Tandem-Solarzellen werden niemals zu mehr als Test- oder Demonstrationszwecken auf Dächer montiert werden. Denn ein Problem der Perowskit-Solarzellen bestand von Anfang an: Sie sind chemisch nicht stabil. Bis heute gilt es als erwähnenswert, wenn eine solche Zelle nach einigen Monaten Lagerung in der Dunkelheit noch mehr als 90 Prozent der ursprünglichen Leistung hat.

Wenn die Zellen Licht ausgesetzt werden, dem Sauerstoff der Luft oder gar Luftfeuchtigkeit, beschleunigt sich der Prozess. Im normalen Einsatz muss eine Solarzelle über Jahrzehnte stabil bleiben, ohne sich chemisch selbst zu zersetzen und große Teile ihrer Leistung zu verlieren. Die wissenschaftliche Literatur kennt bis heute keine einzige Perowskit-Zelle dieser Art. Den Rekord hält derzeit ein kleines Modul mit einer Effizienz von rund 11,2 Prozent, das unter konstanter Beleuchtung ein Jahr stabil blieb.

Fünf Minuten sind eine gute Kurzzeithaltbarkeit 
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bombinho 29. Nov 2018 / Themenstart

Okay, klingt gut. Was genau ist noch einmal praezise ein erfolgsversprechender Ansatz...

osolemio84 24. Nov 2018 / Themenstart

https://www.pv-magazine.de/2018/02/21/sternstunde-der-photovoltaik-auf-augenhoehe-mit...

osolemio84 20. Nov 2018 / Themenstart

Sorry, aber Sie werfen mit Begriffen um sich, von denen Sie nichts verstehen. kWh Peak...

osolemio84 20. Nov 2018 / Themenstart

Das ist vollkommen realistisch, nicht nur der Berechnung nach, sondern auch über den...

nobs 20. Nov 2018 / Themenstart

Ergänzend dazu: Wenn es denn mal jemand schafft Perowskite inkl. Zinn-Kontaktierung usw...

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