Im EU-Projekt „SuPerTandem“ wollen Forschende von insgesamt 15 Instituten und Unternehmen Perowskit-Tandem-Module entwickeln und skalieren. Diese sollen nicht nur einen realen Wirkungsgrad von 30 Prozent erzielen, sondern sich auch in einem skalierbaren und kostengünstigen Verfahren produzieren lassen.

Solarzellen aus dem Standardmaterial Silizium erzielen immer wieder neue Rekord-Wirkungsgrade. Doch selbst wenn es gelingen würde, alle Verluste auszuschalten: bei 33 Prozent ist Schluss. Das ergibt sich aus den Materialeigenschaften des Siliziums. Es kann nur Licht mit einer bestimmten Wellenlänge verwerten. Beim Perovskit hingegen lässt sich die Materialzusammensetzung anpassen. So kann man in der Produktion festlegen, auf welche Wellenlänge das Material ausgelegt sein soll. Stapelt man Zellen aus verschiedenen Perowskit-Materialien, kann man verschiedene Wellenlängen nutzen. Wirkungsgrade bis zu 45 Prozent sollen so möglich werden.

Fan Fu, Gruppenleiter im Empa-Labor für Dünnfilme und Photovoltaik, sieht auch in der Produktion einen grundsätzlichen Vorteil für die Perowskit-Technologie. „Für Silizium-Solarzellen braucht es in der Regel hochreine Silizium-Monokristalle, die bei hoher Temperatur hergestellt werden. Perovskit-Dünnschichten können dagegen gedruckt, verdampft oder aus der Lösung abgeschieden werden, mit einem entsprechend niedrigen CO₂-Fußabdruck“, sagt Fu. Selbst kleine Defekte an den Zellen würden ihre optoelektronischen Eigenschaften nur wenig beeinträchtigen.

Perowskit-Zellen sollen Kosten der Solarstrom-Erzeugung deutlich senken

Mit dem hohen Wirkungsgrad würden die Kosten für die Solarstromerzeugung deutlich sinken, erklärt Fu. Die Zelle selbst mache heute weniger als 20 Prozent der Kosten für eine PV-Anlage aus. Der Rest entfalle auf Verkabelung, die Wechselrichter, die Steuerung und den Arbeitsaufwand für die Installation. Mit effizienteren Zellen könnte man dieselbe Strommenge in einer kleineren Solaranlage erzeugen – und so die Kosten senken. Die Dünnschicht-Technologie, auf Folien aufgebracht, würde zudem neue Flächen für die Photovoltaik erschließen, zum Beispiel Autodächern oder Bauwerken mit geringer Tragkraft.

Neben «SuPerTandem» arbeitet Fan Fus Team in zwei Schweizer Projekten an Perowskit-Zellen. In einem vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) geförderten Projekt erforscht das Empa-Team die Effizienz und Stabilität der Zellen. Ein Projekt mit dem Bundesamt für Energie (BFE) bezieht sich hingegen auf die Skalierung der entwickelten Perowskit-Tandem-Solarzellen.

Auch viele andere Forschungsinstitute und Firmen arbeiten an Perowskit-Solarzellen, wie der Solarserver immer wieder berichtet. Eine Allianz um das Fraunhofer ISE hat bereits ein „ausgewachsenes“ Modul vorgestellt, die meisten anderen Zellen sind noch sehr klein. „Zunächst müssen wir die Perowskit-Zellen von den heutigen Prototypen von wenigen Zentimetern Größe auf Industriegrößen skalieren“, sagt Fu. Auch Witterungseinflüsse sind für die empfindlichen Zellen ein Thema. Der Empa-Forscher ist optimistisch, dass es in den nächsten fünf bis zehn Jahren gelingen wird, diese Herausforderungen zu lösen. „Wir machen gute Fortschritte, und es besteht ein großes Interesse aus der Industrie, sagt er. Die Forschung beschäftigt sich erst seit knapp 15 Jahren mit Perowskit-Solarzellen. An Siliziumzellen wird immerhin schon seit fast 70 Jahren geforscht.“

Quelle: Empa | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH