Tandemsolarzellen günstig produzieren

Tandemsolarzellen günstig produzieren

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Zwei übereinander gelegte Solarzellen sind weitaus wirkungsvoller als einstufige Solarzellen: Weil die Energie in zwei Stufen „geerntet“ wird, lässt sich mehr Sonnenlicht in Strom umwandeln. Bis anhin war die Herstellung solcher Solarzellen teuer. Nun haben Forscher der Empa ein Verfahren entwickelt, das eine preisgünstige Produktion mittels Roll-to-Roll-Technik ermöglicht.

Was für Doppelklingenrasierer gilt, gilt auch für sogenannte Tandemsolarzellen: Zwei Arbeitsschritte sind gründlicher als einer. Werden zwei Solarzellen übereinander gelegt, von denen eine halb transparent ist, kann ein grösserer Anteil der Lichtenergie in Strom umwandeln. Bis anhin wurden solche Zellen vorwiegend in der Raumfahrt verwendet. Denn diese sogenannten Tandemzellen waren für die Massenproduktion bisher viel zu teuer. Ein Forscherteam der Empa  um Stephan Bücheler und Ayodhya N. Tiwari vom Labor für Dünnschicht und Photovoltaik hat es nun geschafft, eine preisgünstige Tandemsolarzelle herzustellen: Sie kann mit dem Roll-to-Roll-Verfahren auf flexible Kunststofffolien aufgetragen werden. Ein wichtiger Meilenstein zur Massenproduktion hoch effizienter Solarzellen sei damit erreicht, schreibt die Empa dazu in ihrer Medienmitteilung.

Der Clou beim neuen Verfahren: Die Forscher erzeugen die zusätzliche Solarzellenschicht in einem Niedrigtemperaturverfahren bei nur 50 Grad Celsius. Das verspricht laut Empa für künftige Herstellungsprozesse einen Energie und Kosten sparenden Produktionsschritt.  Auf Anhieb habe die Tandemsolarzelle einen Wirkungsgrad von 20.5 Prozent bei der Umwandlung von Licht in Strom erreicht. Wie die Empa weiter mitteilt, liegt sie damit „auf Augenhöhe mit den besten bisher produzierten flexiblen Solarzellen der Welt“. Dabei ist ihr Potenzial laut den Wissenschaftern noch längst nicht ausgeschöpft.

Den Schlüssel zum Erfolg bildete laut Empa die Entwicklung einer halbtransparenten Solarzelle aus Methylammonium-Bleiiodid, das sich in Form winziger Perowskit-Kristalle abscheidet.  Als Unterlage für den Perowskit dient eine Substanz die  61 Kohlenstoff-Atome enthält, die in Form eines Fussballs miteinander verbunden sind. Dieser „Zauberkristall“ schluckt UV-Strahlen und den blauen Anteil des sichtbaren Lichts und verwandelt sie in Strom. Rotes Licht und Infrarot-Strahlung lässt der Kristall jedoch hindurch. So lässt sich unter der halbtransparenten Perowskit-Zelle eine weitere Solarzelle anordnen, die das restliche Licht in Elektrizität umwandelt. (mai/mgt)