Weltrekord bei der Effizienz von Solarzellen erreicht

Forschungsteam veröffentlicht neue Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nature

Nachhaltige Energiequellen werden dringend benötigt, um fossile Brennstoffe zu ersetzen. Eine Möglichkeit, grüne Energie zu erzeugen, ist der Einsatz von Solarzellen, die Sonnenlicht in Strom umwandeln. Herkömmliche Solarzellen aus Silizium haben jedoch einen geringen Wirkungsgrad, da sie nur Teile des Sonnenlichtspektrums absorbieren können.

Einem Forschungsteam ist es nun gelungen, organische und Perowskit-Solarzellen in Tandems zu kombinieren und ihre Verbindung zu optimieren. „Die Verbindungsschicht zwischen beiden Solarzellen spielt eine entscheidende Rolle. Je dünner sie ist, desto geringer sind die Absorptionsverluste und desto höher ist der Wirkungsgrad der Tandemsolarzelle“, sagt Leonie Gomell, Mitautorin der Publikation und Doktorandin am Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE). Sie und Dr. Siyuan Zhang, Projektleiter im Bereich Funktionsmaterialien am MPIE, entwickelten Charakterisierungsmethoden, um die aus nur 1~2 Atomlagen bestehende Verbindungsschicht zu analysieren. Indem sie die chemische Zusammensetzung dieser ultradünnen, aber kritischen Schicht auflösten, konnten sie zusammen mit dem Forschungsteam um Kai Brinkmann und Prof. Thomas Riedl von der Bergischen Universität Wuppertal, den Hauptautoren der Publikation, deren außergewöhnlich niedrigen Widerstand verstehen.

Durch die Teamarbeit von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universitäten Wuppertal, Köln, Potsdam, Tübingen, des Helmholtz-Zentrums Berlin und des MPIE konnte die erste organische Perowskit-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 24% entwickelt werden, der deutlich über dem bisherigen Rekord von 20% liegt. Simulationen zeigen eine theoretische Grenze von 30%, die mit weiteren Innovationen erreicht werden kann.

Das Projekt wurde teilweise von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Forschungsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union finanziert.