Neuer Weltrekord für Solarzellen-Umwandlungswirkungsgrad: 29,80%

Neuer Weltrekord für Solarzellen-Umwandlungswirkungsgrad: 29,80%

Der Wettlauf um die Effizienz der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom durch Photovoltaikzellen geht weiter. Im Dezember 2020 kündigte Oxford PV, ein Spin-off der Universität Oxford und ein Pionier in der Zellforschung auf Perowskitbasis, die Entwicklung einer Technologie an, die es ermöglichen würde, 29,52 % der Energie des einfallenden Sonnenlichts in Elektrizität umzuwandeln der bisherige Rekord von 29,15% der Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB). Heute behaupten sie, besser als Oxford-Forscher abgeschnitten zu haben, indem sie 29,80% Wirkungsgrad für eine neue Generation von Solarzellen angekündigt haben.

Im Vergleich dazu zeigen konventionelle photovoltaische Techniken auf Siliziumbasis Wirkungsgrade in der Größenordnung von 15 bis 20 %. Prozess betrieben von Oxford PV besteht aus Schichten von Siliziumzellen mit Perowskit, um das Sonnenlichtspektrum besser zu nutzen. Das nennt man Tandemzelle : Durch das Übereinanderstapeln zweier dünner Zellen, die Sonnenlicht in unterschiedlichen Spektralbereichen absorbieren, nutzt die Baugruppe einen größeren Bereich des Sonnenspektrums und ermöglicht so eine höhere Effizienz.

Grundsätzlich haben Berliner Forscher aus Helmholtz.-Zentrum mit der gleichen Technik, aber sie haben sie weiter verfeinert. Bis Januar 2020 haben sie den bisherigen Rekord gebrochen, indem sie einen Wirkungsgrad von 29,15% mit Silizium/Perowskit-Tandemsolarzellen erreicht haben. Ihre Arbeit wurde veröffentlicht in revue wissenschaft.

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Die Oberfläche der getesteten Zelle, die mit 29,80 % einen neuen Rekord hält, beträgt 1 cm²2 (klassische Größe im Labor). Deutsche Wissenschaftler haben zunächst die Vorderseite „nanostrukturiert“, das heißt, sie bearbeiteten die Oberfläche der Siliziumzelle, indem sie ihr eine „Textur“ verliehen, deren Abmessungen erleichtert in der Größenordnung von Nanometern lagen.[1]. « Nanotexturierung verbessert die Lichtabsorption und ermöglicht höhere Ströme im Vergleich zu glatten Referenzoberflächen », erklärt Johannes Sutter, einer der Forscher des Teams. Sein Partner Philipp Tockhorn fügte hinzu: „ Nanotexturen führen zudem zu einer leichten Verbesserung der elektronischen Qualität der Tandemsolarzellen und einer besseren Filmbildung der Perowskit-Beschichtung ».

Zertifizierte Leistung

Auf der Rückseite der Zelle hatte das Team die Idee, einen dielektrischen Reflektor zu installieren, um Infrarotlicht in Richtung des Siliziumabsorbers zu reflektieren. “ Dadurch können Teile des Sonnenspektrums effizienter genutzt werden. sagte Alexandros Cruz Bournazou, der auch an der Studie teilgenommen hat. Ergebnis: erhalten d“ einen neuen Weltrekord für die Effizienz der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom, mit 29,80%.

Die Leistung wurde vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme mit Sitz in Freiburg zertifiziert, das weltweit für seine Expertise im Bereich Solarenergie bekannt ist. Auch das National Renewable Energy Laboratory des US-Energieministeriums stellte diesen Rekord auf.

Die Tandemzelle aus Silizium/Perowskit basiert auf zwei Innovationen: einer nanotexturierten Vorderseite links und einer Rückseite mit dielektrischem Reflektor rechts.

Die psychologische Schwelle von 30% wird bald erreicht

Diese technologischen Errungenschaften ebneten den Weg für weitere Verbesserungen. Die Simulationen zeigen, dass die Leistung durch die Erzeugung von Nanostrukturen auf der absorbierenden Schicht auf beiden Seiten der Tandemzelle weiter verbessert werden kann. Die Forscher gehen davon aus, dass schon bald Wirkungsgrade von über 30 % erreicht werden können. “ 30 % Wirkungsgrad sind wie eine psychologische Schwelle für diese aufregende neue Technologie, die die Photovoltaikindustrie in naher Zukunft revolutionieren könnte. sagt Steve Albrecht, der im Labor des Helmholtz-Zentrums an Perowskit-Dünnschichten arbeitet.

Denken Sie daran, dass das Fraunhofer-Institut in diesem Sommer höhere Erträge für die Umwandlung von Licht in Strom durch Photovoltaikzellen angekündigt hat: 68,9 %. Dieser Rekord zählt jedoch nicht, da er durch Bestrahlung der Zellen mit einem monochromatischen Laserstrahl anstelle von Sonnenlicht erhalten wird.

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[1] Ein Nanometer = ein Millionstel Millimeter

Adelmar Fabian

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