Rekord-Solarzellen in HyPerCells Graduiertenschule
Labortour am HZB-Institut für Siliziumphotovoltaik, anlässlich des HyPerCells Forschungskolloquiums im Mai 2017.
© HZB
Die aktive Perowskit-Schicht war nur 350 nm dick. Sie ist in organische Schichten aus dem Fulleren C60 und dem Polymer PTAA eingebettet. © HZB/Uni Potsdam
Stromdichte-Spannungskurve einer Perowskit-Solarzelle mit einer Effizienz von 21.4 %. Daten: Martin Stolterfoht und Christian Wolff, Universität Potsdam.
Erst vor zwei Jahren haben die Universität Potsdam und das Helmholtz-Zentrum Berlin die Graduiertenschule HyPerCells mit dem Forschungsschwerpunkt Perowskite gegründet. Nun haben Gruppen im Rahmen der Graduiertenschule Perowskit-Solarzellen mit Rekord-Effizienzen von über 20 Prozent hergestellt. Damit ist die Graduiertenschule in Deutschland absoluter Spitzenreiter und im internationalen Vergleich (ganz) vorne mit dabei.
Hybride Perowskite zählen zu den vielversprechendsten Halbleitermaterialien für neuartige Dünnschichtsolarzellen. Hohe Absorptionskoeffizienten und eine über einen weiten Bereich einstellbare optische Bandlücke machen diese Materialklasse einzigartig. Besonders attraktiv ist dabei die Kombination einer Perowskit-Zelle mit klassischen Halbleitermaterialien wie beispielsweise Silizium in hocheffizienten Tandem-Solarzellen.
Vor diesem Hintergrund wurde vor zwei Jahren die Graduiertenschule HyPerCells gegründet, gemeinschaftlich organisiert durch die Universität Potsdam und das Helmholtz-Zentrum Berlin. In HyPerCells forschen derzeit 15 Doktorandinnen und Doktoranden aus Fachgebieten wie Chemie, Physik, Elektrotechnik und Kristallographie an dem Verständnis und der Weiterentwicklung von Materialien und Zellstrukturen. Erst kürzlich haben sich drei am HZB beheimate Nachwuchsgruppen der Schule angeschlossen. Diese Erweiterung ermöglicht es der Schule, auch anwendungsrelevante Aspekte dieser brisanten Materialklasse im Detail zu verstehen. Wichtige Forschungsthemen der Nachwuchsgruppen geleitet von Steve Albrecht, Eva Unger und Antonio Abate sind die Entwicklung neuer Schichtstrukturen für Tandem-Solarzellen, die Herstellung großflächiger Zellen mittels Drucktechnologien und die Untersuchung von Degradationsmechanismen.
Und das Konzept geht auf. In den letzten Monaten ist es gelungen, Perowskit-Solarzellen mit Rekord-Effizienzen von über 20 Prozent zu realisieren. Das ist ein Spitzenwert für sogenannte „invertierte“ Perowskit-Solarzellen bei Verwendung undotierter Kontaktschichten. Damit ist die Graduiertenschule in Deutschland absoluter Spitzenreiter und im internationalen Vergleich (ganz) vorne mit dabei. Wesentlich für diese Erfolge war ein detailliertes Verständnis der relevanten physikalischen und chemischen Prozesse in diesen Solarzellen. Dieses und weitere wichtige Ergebnisse dieses neuen Photovoltaikmaterials wurden jüngst in hochrangigen Journalen wie Advanced Materials, Energy & Environmental Science, ACS Applied Materials and Interfaces, und Advanced Optical Materials veröffentlicht. Auch auf nationalen und internationalen Konferenzen sind Studenten der Graduiertenschule zunehmend präsent.
Weitere Informationen: www.perovskites.de/
- Optische Innovationen für Solarmodule – Was bringt den Ausbau am meisten voran?Im Jahr 2023 erzeugten Photovoltaikanlagen weltweit mehr als 5% der elektrischen Energie und die installierte Leistung verdoppelt sich alle zwei bis drei Jahre. Optische Technologien können die Effizienz von Solarmodulen weiter steigern und neue Einsatzbereiche erschließen, etwa in Form von ästhetisch ansprechenden, farbigen Solarmodulen für Fassaden. Nun geben 27 Fachleute einen umfassenden Überblick über den Stand der Forschung und eine Einschätzung, welche Innovationen besonders zielführend sind. Der Bericht, der auch für Entscheidungsträger*innen in der Forschungsförderung interessant ist, wurde von Prof. Christiane Becker und Dr. Klaus Jäger aus dem HZB koordiniert.
- Katalyseforschung mit dem Röntgenmikroskop an BESSY IIAnders als in der Schule gelernt, verändern sich manche Katalysatoren doch während der Reaktion: So zum Beispiel können bestimmte Elektrokatalysatoren ihre Struktur und Zusammensetzung während der Reaktion verändern, wenn ein elektrisches Feld anliegt. An der Berliner Röntgenquelle BESSY II gibt es mit dem Röntgenmikroskop TXM ein weltweit einzigartiges Instrument, um solche Veränderungen im Detail zu untersuchen. Die Ergebnisse helfen bei der Entwicklung von innovativen Katalysatoren für die unterschiedlichsten Anwendungen. Ein Beispiel wurde neulich in Nature Materials publiziert. Dabei ging es um die Synthese von Ammoniak aus Abfallnitraten.
- Samira Aden ist Mitglied der ETIP PV - The European Technology & Innovation Platform for Photovoltaics ESG Arbeitsgruppe.Samira Jama Aden, Architektin in der Beratungstelle für bauwerkintegrierte Photovoltaik (BAIP), ist der Arbeitsgruppe “Environmental, Social and Governance (ESG)” der ETIP PV - The European Technology & Innovation Platform for Photovoltaics beigetreten.