München. Forschende der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) haben eine hocheffiziente Perowskit-Silizium-Tandemzelle entwickelt, die mit einer Effizienz von 31,4 Prozent neue Maßstäbe in der Solartechnologie setzt. Diese Innovation, die erstmals in München vollständig gefertigt wurde, zielt auf den Einsatz in industriellen Photovoltaikanwendungen und in Satelliten im niedrigen Erdorbit ab.
Bahnbrechende Solartechnologie
Perowskit-Silizium-Tandemzellen gelten als Schlüsseltechnologie für die Photovoltaik, da sie Sonnenlicht effektiver nutzen als herkömmliche Siliziumzellen. Dabei absorbiert die obere Perowskit-Schicht den energiereichen blauen Anteil des Lichts, während die darunterliegende Silizium-Schicht den roten Bereich aufnimmt. Diese Kombination sorgt für eine deutlich höhere Lichtausbeute.
Die Forschungsarbeit unter der Leitung von Dr. Erkan Aydin zeigt auf, wie durch gezieltes molekulares Design sowohl die Stabilität als auch der Ladungstransport optimiert werden können. Das Team, das in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern wie der Southern University of Science and Technology in Shenzhen, der City University of Hong Kong und der King Abdullah University of Science and Technology in Saudi-Arabien arbeitet, berichtet im Fachjournal Joule über ihre Fortschritte.
Innovative Ansätze beim Moleküldesign
Ein zentrales Element der neuen Tandemzellen ist die selbstorganisierte Monoschicht (SAM), die für einen effizienten elektrischen Ladungstransport sorgt. Die Forscher entdeckten, dass handelsübliche SAM-Vorstufen kleine Mengen bromhaltiger Verunreinigungen enthalten, die sich als vorteilhaft erwiesen. „Diese chemische Veränderung zeigt, wie entscheidend das präzise Zusammenspiel von Materialien auf molekularer Ebene für den Energieertrag neuartiger Solarzellen ist“, erläutert Dr. Aydin.
Durch die Entwicklung einer speziellen Molekülstruktur, die eine dichtere Packung der Moleküle ermöglicht, wird nicht nur die Grenzfläche stabilisiert, sondern auch die Effizienz der Solarzellen erhöht. Zudem konnte das Team eine verbesserte Stabilität der Zellen feststellen, was für industrielle Anwendungen von zentrale Bedeutung ist.
Hohe Effizienz und Stabilität
Die erreichte Effizienz von 31,4 Prozent stellt das Team in eine Reihe von weltweit führenden Laboren für die Entwicklung von Hochleistungs-Perowskit-Silizium-Tandemzellen. Die nun verwendeten kristallinen Silizium-Bottom-Zellen sind von industriefähiger Qualität, was für eine breite Anwendbarkeit spricht.
Dr. Aydin betont die Wichtigkeit, die Funktionalität der Zellen nicht nur im Labor, sondern auch in realitätsnahen Tests zu überprüfen. „Wir planen, die Leistungsfähigkeit unserer Tandemzellen in beschleunigten Alterungstests zu analysieren“, so Aydin. Auch eine Anpassung der Technologie für den Raumfahrteinsatz wird in Betracht gezogen, insbesondere für den Betrieb in niedrigen Erdumlaufbahnen, wo der Bedarf an leichten, strahlungsresistenten Solarzellen wächst.
Welche Bedeutung das für die Region hat, zeigt der folgende Abschnitt.
Die Entwicklungen im Bereich der Perowskit-Silizium-Tandemzellen Effizienz tragen zur Stärkung des Standorts München als Zentrum für innovative Forschung und Technologie bei. Die Fortschritte haben nicht nur Auswirkungen auf die Energiewende in Deutschland, sondern fördern auch die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie im globalen Markt. Zukünftige Schritte in der Entwicklung dieser Technologie sind essenziell, um die potenziellen Anwendungsbereiche in der Photovoltaik und Raumfahrt weiter auszuschöpfen.
Insgesamt markiert die Arbeit der LMU-Forschenden einen bedeutenden Fortschritt in der Solarenergieforschung, der für Bürgerinnen und Bürger eine Hoffnung auf nachhaltige und effizientere Energiequellen darstellen könnte.
