Der Wettbewerb um die Effizienz der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom mit einer Photovoltaikzelle geht weiter. Im Dezember 2020 kündigte die aus der Oxford University ausgegliederte Oxford PV, ein Pionier in der Perowskit-Zellforschung, die Entwicklung einer Technologie an, die 29,52% der Sonnenstrahlen in Strom umwandelt. Damit wird der bisherige Rekord von 29,15% der Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) übertroffen. Heute behaupten sie, besser abgeschnitten zu haben als Oxford-Forscher, und gaben einen Wirkungsgrad von 29,80 % bei der neuen Generation von Solarmodulen an.

Im Vergleich dazu liegt der Wirkungsgrad der konventionellen siliziumbasierten Photovoltaik-Technologie bei 15 bis 20 %. Prozessgesteuert Oxford PV besteht darin, Siliziumzellen mit Perowskit zu beschichten, um das Spektrum der Sonne besser zu nutzen. Es heißt Tandemzellen : Durch das Stapeln zweier dünner Zellen, die die Sonnenstrahlen in verschiedenen Spektralbereichen absorbieren, nutzt das Kit einen breiteren Bereich des Sonnenspektrums und gewährleistet so eine höhere Effizienz.

Grundsätzlich Berliner Forscher aus Das Zentrum von Helmholtz verwenden dieselbe Technik, aber sie haben sie weiterentwickelt. Bereits im Januar 2020 hatten sie den bisherigen Rekord gebrochen und einen Wirkungsgrad von 29,15% mit einer Tandem-Silizium/Perowskit-Solarzelle erreicht. Ihre Werke wurden veröffentlicht Revisionswissenschaft.

Ein neuer Rekord

Die Oberfläche der getesteten Zelle, die den neuen Rekord von 29,80% besitzt, beträgt 1 cm²² (klassische Größe im Labor). Deutsche Wissenschaftler haben zunächst ihre Vorderseite „nanostrukturiert“, also die Oberfläche einer Siliziumzelle behandelt und ihr eine „Textur“ im Nanometerbereich verliehen.[1]. « Nanotexturierung verbessert die Lichtabsorption und liefert einen höheren Strom im Vergleich zu einer glatten Referenzoberfläche »Erklärt Johannes Saters, einer der Forscher des Teams. Sein Kollege Philip Tokhorn fügt hinzu: „ Nanotexturen verbessern auch leicht die elektronische Qualität der Tandemsolarzelle und bessere Filmbildung von Perowskitschichten ».

Zertifizierte Leistung

An der Rückseite der Zelle hatte das Team die Idee, einen dielektrischen Reflektor anzubringen, um die Infrarotstrahlen gegen den Siliziumabsorber zu reflektieren. “ Dadurch können Sie diesen Teil des Sonnenspektrums effizienter nutzen. Sagt Alexandros Cruz Bournazou, der auch an der Studie teilgenommen hat. Ergebnis: Erhalten von dNeuer Weltrekord für die Umwandlung von Solarlicht in Strom mit 29,80%.

Die Leistung wurde vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg, Deutschland, zertifiziert, das weltweit für seine Expertise im Bereich Solarenergie bekannt ist. Dieser Rekord wurde auch vom National Renewable Energy Laboratory des US-Energieministeriums aufgezeichnet.

Die psychologische Schwelle von 30% könnte bald erreicht sein

Diese technologische Meisterleistung ebnet den Weg für weitere Verbesserungen. Simulationen legen nahe, dass die Leistung durch Nanostrukturierung der absorbierenden Schichten auf beiden Seiten der Tandemzelle weiter verbessert werden könnte. Forscher sind überzeugt, dass schon bald Wirkungsgrade von über 30 % erreicht werden könnten. “ 30 % Wirkungsgrad sind wie eine psychologische Schwelle für diese aufregende neue Technologie, die die Photovoltaikindustrie in naher Zukunft verändern könnte. Sagte Steve Albrecht, der in den Labors des Helmholtz-Zentrums an dünnen Perowskit-Filmen arbeitet.

Denken Sie daran, dass das Fraunhofer-Institut diesen Sommer eine noch höhere Rendite für die Umwandlung von Licht in Strom mit einer Photovoltaikzelle angekündigt hat: 68,9 %. Dieser Rekord zählt jedoch nicht, da er durch Beleuchten der Zelle mit monochromatischem Laserlicht anstelle von Sonnenlicht gewonnen wird.

___________________________________

[1] Nanometer = Teil pro Million eines Millimeters