Mehr Leistung aus Perowskitsolarzellen

Silizium dominiert heute den Markt der Solarzellen – etwa 90 Prozent aller installierten Solarmodule bestehen aus diesem Halbleitermaterial. Im Labor überwand der Wirkungsgrad der besten Prototypen aus Silizium bereits die 26-Prozent-Schwelle. Doch Solarzellen aus Perowskitkristallen holen mit großen Schritten auf und haben bereits Wirkungsgrade von mehr als 20 Prozent erreicht. In der Fachzeitschrift „Science“ berichten Wissenschaftler nun, wie sie Perowskitsolarzellen nochmals verbesserten. Mit einem ausgeklügelten Aufbau aus lichtaktiven und stromleitenden Schichten entwickelten sie einen besonders effektiven Prototyp.

Zunächst griffen Riu Zhu von der Universität Peking und seine Kollegen auf den Aufbau von herkömmlichen Perowskitzellen zurück: Auf einer elektrisch leitfähigen – aber dennoch durchsichtigen – Schicht aus Indiumzinnoxid ließen sie Perowskitkristalle wachsen. Auf diese Lage folgte eine wenige Nanometer dünne Schicht aus Guanidinbromid. Dieses Salz bedeckten die Forscher wiederum mit elektrisch leitfähigen Lagen aus Kohlenstoff und Kupfer. Zhu und sein Team fertigten insgesamt 200 Prototypen dieser optimierten Perowskitsolarzelle und untersuchten ihren Aufbau mit mehreren spektroskopischen Verfahren.

Testmessungen mit künstlichem Sonnenlicht zeigten, dass die Leerlaufspannung auf einen Rekordwert von 1,21 Volt bei einem Wirkungsgrad von über 21 Prozent anstieg. Die Leerlaufspannung entspricht der elektrischen Spannung eines Photovoltaikmoduls, wenn kein Verbraucher an das Modul angeschlossen ist. Je höher ihr Wert, desto mehr nutzbare elektrische Leistung kann eine Solarzelle bereitstellen. Die zusätzliche Guanidinschicht spielt dabei eine zentrale Rolle: Sie leitet die durch das Sonnenlicht erzeugten Elektronen effizient an eine Elektrode weiter und verringert so den Verlust von ungenutzten Ladungsträgern. Zudem zeigten die Prototypen eine gute Haltbarkeit und hielten auch über viele Stunden konstant ihren hohen Wirkungsgrad.