„Damp heat-stable perovskite solar cells with tailored-dimensionality 2D/3D heterojunctions“ lautet der Titel des Beitrags, in dem die Perowskit-Solarzellen ihre Stabilität unter Beweis stellten. Der Damp Heat Test ist ein etabliertes Verfahren in der Solarbranche, um in verkürzter Zeit die Alterung von Solarmodulen bei hoher Luftfeuchte und hohen Temperaturen zu untersuchen. Dabei sind die Photovoltaik-Module 1.000 Stunden lang in einer kontrollierten 85 % Luftfeuchtigkeit und einer Temperatur von 85 Grad Celsius ausgesetzt. Der Test soll eine mehrjährige Exposition im Freien nachbilden und Faktoren wie Korrosion und Delaminierung bewerten.

Um den Test zu bestehen, müssen die untersuchten Module bzw. Zellen mindestens 95 Prozent ihrer ursprünglichen Leistung behalten. Diese Anforderungen orientieren sich daran, dass im Markt für kristalline Silizium-Module lange Lebensdauern und Garantiezeiten erwartet werden. Viele Hersteller garantieren nach 20 bis 25 Jahren noch 80 Prozent der Nennleistung ihrer Solarmodule.

Neue Passivierungsschicht schützt die Perowskit-Solarzellen

Das Forschungsteam unter der Leitung des Erstautors Randi Azmi, einem Postdoc-Stipendiaten im KAUST-Photovoltaiklabor von Stefaan De Wolf, hatte dabei eine bekannte Schwäche der gekapselten Perowskit-Solarzellen zu überwinden. Perowskite sind nämlich empfindlich gegenüber Umwelteinwirkungen. Die Verkapselung bot bisher keinen vollständigen Schutz gegenüber Witterungseinflüssen. Das machte 3-dimensionale Perowskit-Filme anfällig für Witterung und Hitze. Das Forschungsteam hat nun eine 2-dimensionale Passivierungsschicht entwickelt. Diese erhöhe nicht nur die Lebensdauer der Perowskit-Zellen, sondern auch den Wirkungsgrad.

Anwendung in Perowkskit-Silizium-Tandemzellen erwartet

Perowskit-Solarzellen seien sehr einfach herzustellen, erklärt Prof. De Wolf. „Auch wenn die optoelektronischen Eigenschaften nicht einzigartig sind, sind sie hervorragend. Sie können mit sehr hochwertigen traditionellen Halbleitern mithalten. Das ist ziemlich bemerkenswert“, sagt De Wolf. Indem man die Zusammensetzung anpasst, kann man die spektrale Empfindlichkeit der Perowskit-Solarzellen über das gesamte Sonnenlichtspektrum einstellen. Je nach Bedarf absorbieren sie so jede gewünschte Wellenlänge von UV- bis Infrarotlicht. Dies sei für bestimmte Anwendungen sehr attraktiv, so De Wolf.

Nach der Leistung und der Stabilität sei nun die Skalierung die nächste Herausforderung. In Europa gelten die Perowskit-Solarzellen wegen ihrer vielseitigen optischen Möglichkeiten vor allem in der Gebäudeintegration als Hoffnungsträger. Aufdach-Anlagen oder gebäudeintegrierte Anlagen, wie man sie aus Europa kennt, spielen in Saudi-Arabien allerdings kaum eine Rolle. Stattdessen setzt man dort auf große Photovoltaik-Kraftwerke in der Wüste.

Eine schnelle Umwälzung des Marktes zugunsten der Perowskit-Solarzellen erwartet De Wolf dabei nicht. „Der Markt ist siliziumbasiert, und das wird er auch mindestens in den nächsten 20 Jahren bleiben“, sagt er. Daher arbeite die KAUST vor allem an effizienten „Tandem“-Lösungen die traditionelles Silizium und Perowskite kombinieren. Die jüngsten Forschungsergebnisse sollen helfen, die Zuverlässigkeit solcher Perowskit/Silizium-Tandem-Solarzellen zu erhöhen.

Die König-Abdullah-Universität für Wissenschaft und Technologie hat ihren Sitz in Thuwal, etwa 50 Kilometer nördlich der Hafenstadt Dschiddah am Roten Meer. Sie ist eine Graduierten-Forschungsuniversität. Auf dem Campus leben und arbeiten laut Angaben der KAUST Menschen aus 100 Ländern. Gegründet wurde sie 2009 mit einer Stiftung ihres Namensgebers.

21.2.2022 | Quelle: KAUST | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH