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Wissenschaft

Revolutionäre Solarzellen: Perovskit auf dem Vormarsch in der Schweiz

Perovskit-Solarzellen auf dem Vormarsch: Empa-Forschende arbeiten an effizienten Tandem-Zellen, die herkömmliche Silicium-Zellen in den Schatten stellen. Die Zukunft der Solarenergie könnte bald dunkelblau und flexibel sein.

2024-05-02 10:25:15
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Quelle: Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

Dübendorf, St. Gallen und Thun, 02.05.2024 - Zwei Schichten für mehr Effizienz: Tandem-Solarzellen auf Perovskitbasis können Sonnenlicht besser einfangen als herkömmliche Solarzellen aus Silicium. Im Labor konnten sich die leichten und flexiblen Zellen bereits beweisen – jetzt arbeiten Empa-Forschende daran, sie zu skalieren und alltagstauglich zu machen.

Der Aufstieg von Perovskit-Solarzellen

Dachziegel waren gestern: Heute sieht man auf immer mehr Schweizer Dächern grosse schwarzblaue Rechtecke, die Sonnenlicht in Strom umwandeln. Die schwarzblaue Farbe kommt von Silicium-Kristallen, denn auf diesem Halbleitermaterial basiert die Mehrheit der heute erhältlichen Solarzellen. Doch Silicium ist nicht die einzige Möglichkeit, Solarzellen herzustellen – und möglicherweise auch nicht die beste. Photovoltaik-Zellen auf Siliciumbasis sind mittlerweile so weit entwickelt, dass sie an die Grenzen ihrer Effizienz stossen.

Zwar liessen sich noch ein paar wenige Prozentpunkte mehr herausholen, aber die theoretische Obergrenze für den Wirkungsgrad einer Silizium-Einfachzelle liegt bei 33 Prozent. Praktisch ist sie etwas tiefer, da beim Bau und Betrieb der Zellen unweigerlich kleine Energieverluste anfallen. Der Grund für diese begrenzte Effizienz ist auf die Materialeigenschaften des Siliciums zurückzuführen. Die sogenannte Bandlücke des Materials bewirkt, dass nur Photonen mit einer bestimmten Energie zu Strom umgewandelt werden können. Ist die Energie des Photons zu hoch, kann es von der Solarzelle nicht vollständig «verwertet» werden.

Der Weg zu kommerzieller Nutzung

Dieses grosse Potenzial von Perovskit-Solarzellen gilt es nun auszuschöpfen. Neben «SuPerTandem» arbeitet Fan Fus Team auch in zwei Schweizer Projekten daran. In einem vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) geförderten Projekt arbeiten das Empa-Team daran, die grundlegenden Eigenschaften und Herausforderungen der Perovskit-Solarzellen besser zu verstehen, die zu ihrer Effizienz und Stabilität beitragen. Und in einem Projekt mit dem Bundesamt für Energie (BFE) setzen sie ihr bereits vorhandenes Wissen gleich in die Praxis um, indem sie die an der Empa entwickelten Tandem-Zellen skalieren.

Was müssen wir noch tun, damit sich zu den schwarzblauen Vierecken auf dem Dach bald einmal rötliche Perovskit-Folien gesellen? «Zunächst müssen wir die Perovskit-Zellen von den heutigen Prototypen von wenigen Zentimetern Grösse auf Industriegrössen skalieren», sagt Fu. Auch gilt es, die noch etwas empfindlichen Zellen wirksam vor Witterungseinflüssen zu schützen. Der Empa-Forscher ist optimistisch, dass beides in den nächsten fünf bis zehn Jahren gelingen wird. «Wir machen gute Fortschritte, und es besteht ein grosses Interesse aus der Industrie.», sagt der Wissenschaftler.

(Quelle:Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Bearbeitet mit ChatGPT)

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