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Solarzellen der nächsten Generation

Die heute kommerziell verfügbaren Siliziumplatten machen im Bereich der Solarpaneelherstellung etwa 90 % aus. Alternative Solartechnologien wie bspw. Dünnfilme (insbesondere Perowskit-Solarzellen) verzeichnen jedoch ein rasantes Wachstum.
Solarzellen der nächsten Generation
Erneuerbare Energien gelten als die beste Energiequelle, um Verschmutzung zu verringern und die Folgen des Klimawandels abzuschwächen. Aufgrund ihres unübertroffenen Potenzials ist die Verwendung der mit Solarenergie gespeisten Photovoltaiktechnologie (PV) zum Gegenstand intensiver Forschungs-, Entwicklungs- und Implementierungsmaßnahmen geworden, welche die PV-Industrie zum weltweit größten Sektor im Bereich der Optoelektronik machen.

Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts MESO-SUPERCELLS (Novel meso-superstructured solar cells with enhanced performance and stability) wurden Perowskit-Solarzellen untersucht, um Sprünge bezüglich der Eingangsleistung vorhersagen zu können. Perowskit-Solarzellen basieren auf einem hochkristallinen Perowskit-Absorber mit hoher Sichtbarkeit bezüglich des Absorptionsvermögens im infrarotnahen Bereich. Diese „mesosuperstrukturierte Solarzelle“ (Meso-Superstructured Solar Cell, MSSC) zeigt außergewöhnlich geringe Energieverluste sowie eine Energieumwandlungseffizienz von 10,9 %.

Forscher waren in der Lage, eine Kristallisationsoptimierung zu identifizieren, welche die Qualität des Halbleiters und folglich die Leistung der Solarzellenvorrichtung steigerte sowie die Reproduzierbarkeit verbesserte. Diese Arbeit hob zudem den Bedarf hervor, vollständig elektronisch homogene polykristalline Dünnfilme zu erreichen.

Die Wissenschaftler versuchten ebenfalls ein tieferes Verständnis der fundamentalen Prozesse und Mechanismen zu erlangen, welche dem Betrieb dieser Art von Solarzellen zugrunde liegen. Dementsprechend wurden unterschiedliche Systeme detailliert untersucht, wobei sich zeigte, dass es erforderlich ist, die Dotierungsgrade zu kontrollieren, um eine sehr stabile Ausgangsleistung zu erzielen. Es wurde ebenfalls festgestellt, dass die mesostrukturierten Zellen eine spezifische elektrische Funktion haben und möglicherweise die Perowskit-Dotierung optimieren.

Die Kristallisationskinetik wirkt sich ferner auf die Rekombinationsdynamik flacher Heteroübergangs-Solarzellen aus. Es wurde festgestellt, dass sich die Rekombination auch bei relativ geringer Körnchengröße unter Verwendung eines Schnellkristallisationsstoffs wesentlich unterdrücken lässt. Forscher untersuchten zudem die Verwendung bleifreier Perowskitmaterialien, die auf Zinn und Germanium basieren, um die Toxizität von Blei sowie die Verwendung umweltfreundlicher Lösungsmittel zur Auflösung von Perowskitkomponenten anzugehen.

Die Ergebnisse von MESO-SUPERCELLS werden dabei behilflich sein, die Kommerzialisierung von Perowskit-Solarzellen in die Realität umzusetzen. In diesem Zusammenhang werden die europäischen Forschungsmaßnahmen im Hinblick auf saubere und effiziente Energie über die Bereitstellung zuverlässiger „kohlenstoffarmer“ Sonnenenergie unterstützt. Das Projekt fördert außerdem über den Aufbau einer starken Photovoltaikforschungs-Community im Bereich von Solarzellen der dritten Generation die Exzellenz des Europäischen Forschungsraums.

Diese Errungenschaften werden dabei behilflich sein, die Energiearmut zu bekämpfen sowie den wirtschaftlichen Wohlstand der ganzen Welt zu steigern, und insbesondere für Technologen, Regulierungsbehörden, Entscheidungsträger und Umweltgruppen im Bereich der Solarenergie von Interesse sein.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Perowskit-Solarzellen, Photovoltaik, MESO-SUPERCELLS, mesosuperstrukturierte Solarzelle, polykristalline Dünnfilme
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