Perowskit-Solarzellen Kohlenstoffelektroden für mehr Effizienz und Stabilität

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Effizienz und Stabilität von Perowskit-Solarzellen sollen im Rahmen eines europäischen Projekts verbessert werden. Erreichen will man das mit Niedertemperatur-Kohlenstoffelektroden. Gefertigt werden soll mit dem Rolle-zu-Rolle-Verfahren.

Bei der Photovoltaik-Technik sind Solarzellen auf Siliziumbasis noch die vorherrschende Technik. Allerdings hat die Forschung an Perowskit-Solarzellen in den letzten 15 Jahren rasante Fortschritte gemacht. Dieses kostengünstige und vielseitige Material sowie dessen Funktionalität haben das Potenzial, den Wirkungsgrad von Solarzellen erheblich zu steigern. So stieg der Wirkungsgrad von anfänglich vier Prozent auf weit über 20 Prozent und verspricht in naher Zukunft einen Durchbruch für die Perowskit-Solarzellen.

Doch sie weisen derzeit noch erhebliche Defizite hinsichtlich ihrer Stabilität und Haltbarkeit auf. Damit wird aktuell noch eine langfristige Anwendung erschwert. Der Wirkungsgradverlust von Perowskit-Zellen innerhalb der ersten Monate nach der Herstellung ist signifikant. Forschungsteams auf der ganzen Welt arbeiten daher an einer Lösung und an umweltfreundlichen Prozesstechniken für ihre Herstellung.

Verbesserte Perowskit-Solarzellen

Die Europäische Union hat das Forschungsprojekt „PEARL – Flexible Perowskit-Solarzellen mit Kohlenstoffelektroden“ ins Leben gerufen, das die Weiterentwicklung der Perowskit-Solarzellentechnologie zum Ziel hat. Das Projekt strebt wesentliche Fortschritte in der Solarenergietechnik an, indem Kohlenstoffelektroden in die Perowskit-Solarzellenarchitektur integriert werden. Die Forscher erwarten, dass sich mit diesen Maßnahmen die Materialkosten senken lassen, es zu einer höheren Stabilität der Geräte kommt, der Herstellungsprozess vereinfacht wird und schließlich die Emissionen gesenkt werden können.

Die zehn europäischen Partner des Projektkonsortiums verfolgen das Hauptziel des Projekts PEARL – die Entwicklung flexibler Perowskit-Solarzellen mit skalierbaren, umweltfreundlichen Methoden voranzutreiben – um diese für eine industrielle Anwendung zu optimieren. Das Projekt zielt darauf ab, eine langfristige Betriebsstabilität zu erreichen, welche die geltenden Normen der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) übertrifft. Dabei wird ein Wirkungsgrad von über 25 Prozent sowie eine Reduktion der Produktionskosten auf unter 0,3 Euro/W_p angestrebt, während gleichzeitig die Emissionen auf unter 0,01 kg CO₂eq/kWh begrenzt werden sollen.

Unterschiedliche Bauelementarchitekturen

Das Projekt setzt auf die Erforschung planarer, konventioneller n-i-p- (n-Typ-Halbleiter, intrinsische Schicht, p-Typ-Halbleiter) und weiterer n-i-c-Bauelementarchitekturen, bei der eine Kohlenstoffschicht als obere Elektrode integriert wird. Es ist vorgesehen, Niedertemperatur-Kohlenstoffpasten als Top-Elektroden zu verwenden und die Fertigung mittels Rolle-zu-Rolle-Technik zu realisieren. Diese Architekturen bieten eine vielversprechende Grundlage für die Verbesserung der Effizienz und Stabilität der Solarzellen.

Der Einsatz von Kohlenstoffelektroden, die bei niedrigen Temperaturen aufgetragen werden können, ist kostengünstig und umweltfreundlich und ermöglichen eine verbesserte Stabilität der Perowskit-Solarzellen, da sie weniger anfällig für Degradation unter realen Betriebsbedingungen sind. Die Fertigung der Solarzellen mittels Rolle-zu-Rolle-Technik ermöglicht eine kosteneffiziente und großflächige Produktion. Die Methode wird bereits in der Dünnschichttechnik erfolgreich eingesetzt und ermöglicht eine kontinuierliche Herstellung von flexiblen Solarzellen auf langen Folienbahnen. Dies ist besonders vorteilhaft für die Integration in flexible Anwendungen wie gebäude- und fahrzeugintegrierte Photovoltaik (BIPV und VIPV).

Dr. Riikka Suhonen, die PEARL-Projektkoordinatorin vom VTT Technical Research Centre of Finland Ltd, betont die Bedeutung des Projekts: „Mit PEARL entwickeln wir nicht nur eine neue Technologie, sondern legen den Grundstein für die nächste Generation der Solarenergie. Unser innovativer Ansatz mit Kohlenstoffelektroden wird nicht nur die Effizienz und Stabilität von Perowskit-Solarzellen verbessern, sondern auch sicherstellen, dass diese Vorteile weltweit zugänglich und nachhaltig sind.“ (heh)

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