Perowskit-Solarzellen: Protokolle für Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit
Perowskit-Materialien für Photovoltaikanwendungen kommen in vielfältigen Farben vor, die ihre jeweiligen optischen Eigenschaften widerspiegeln. Dadurch eignen sie sich hervorragend für die Kombination mit anderen Materialien in Mehrfachsolarzellen. © M. Setzpfandt/HZB
Am HZB haben sich mehrere Labore auf die Herstellung von Perowskit-Materialien spezialisiert und setzen dafür unterschiedliche Verfahren ein. © M. Setzpfandt/HZB
Das HZB betreibt eine Testanlage, um Perowskit-Solarzellen unter realen Bedingungen zu beobachten. © HZB
Zehn Teams am Helmholtz-Zentrum Berlin bauen eine langfristige internationale Allianz auf, um gemeinsam Verfahren zu entwickeln, die die Reproduzierbarkeit von Perowskit-Materialien sicherstellen. Das Projekt TEAM PV wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.
Solarenergie ist in vielen Teilen der Welt bereits die günstigste Art der Stromerzeugung. Jetzt geht es darum, Solarmodule mit noch höherer Effizienz zu entwickeln, um energiehungrige Sektoren wie Elektromobilität, Stahlproduktion und KI mit Strom zu versorgen. Die wahrscheinlich einzige Möglichkeit zur Steigerung der Effizienz innerhalb des nächsten Jahrzehnts sind Halogenid-Perowskite, eine neue Materialklasse, die in den letzten zehn Jahren intensiv erforscht wurde. Und während die heute marktbeherrschenden Siliziummodule hauptsächlich in China produziert werden, könnten Produktionsanlagen für Halogenid-Perowskit-Zellen auch in Europa und den USA errichtet werden, wodurch die Lieferketten weniger risikobehaftet wären.
Der Weg vom Labor zur Massenproduktion ist jedoch lang und es gibt noch einige Hürden zu überwinden. „Das zentrale Ziel ist es, die Herstellbarkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit von Perowskit-basierten Technologien zu erhöhen. Wir brauchen dringend gemeinsame Protokolle, um die verschiedenen globalen Entwicklungen bei diesen neuartigen Materialien zuverlässig vergleichen und auch ihre Lebensdauer vorhersagen zu können“, sagt Dr. Siddhartha Garud, der das Projekt TEAM PV am HZB leitet. Im Rahmen dieses Projekts will das HZB gemeinsam mit dem National Renewable Energy Lab NREL, der University of Colorado Boulder und der Humboldt-Universität zu Berlin bewährte Verfahren in der Herstellung und Analyse zusammenführen.
Eine der Hauptfragen ist, wie sich die im Labor ermittelte Stabilität unter realen Bedingungen in der Praxis verhält. Ein weiterer Schwerpunkt wird auf Methoden des Maschinellen Lernens liegen, um sich in dieser extrem großen Klasse von Materialien und möglichen Anwendungen zu orientieren. Die beteiligten Forschungsgruppen werden eng zusammenarbeiten, um die Herstellung und Analyse von Perowskit-Dünnschichten bis hin zu kompletten Solarmodulen weiterzuentwickeln.
Das BMBF stellt insgesamt 4 Millionen Euro für das TEAM PV-Projekt für Sachmittel, Personal und den Austausch in der Forschungsgemeinschaft zur Verfügung. „Wir wollen eine langfristige Partnerschaft im Bereich der Photovoltaik mit einem nachhaltigen Austausch aufbauen und sie auch zu einem Ausgangspunkt für weitere Kooperationen zwischen der Helmholtz-Gemeinschaft und nationalen Laboren und Spitzenuniversitäten in den USA machen“, sagt Garud.
- Berliner Wissenschaftspreis geht an Philipp AdelhelmDer Batterieforscher Prof. Dr. Philipp Adelhelm wird mit dem Berliner Wissenschaftspreis 2024 ausgezeichnet. Er ist Professor am Institut für Chemie der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und leitet eine gemeinsame Forschungsgruppe der HU und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB). Der Materialwissenschaftler und Elektrochemiker forscht zur Entwicklung nachhaltiger Batterien, die eine Schlüsselrolle für das Gelingen der Energiewende spielen. International zählt er zu den führenden Expert*innen auf dem Gebiet der Natrium-Ionen-Batterien.
- Schriftrollen aus buddhistischem Schrein an BESSY II virtuell entrolltIn der mongolischen Sammlung des Ethnologischen Museums der Staatlichen Museen zu Berlin befindet sich ein einzigartiger Gungervaa-Schrein. Der Schrein enthält auch drei kleine Röllchen aus eng gewickelten langen Streifen, die in Seide gewickelt und verklebt sind. Ein Team am HZB konnte die Schrift auf den Streifen teilweise sichtbar machen, ohne die Röllchen durch Aufwickeln zu beschädigen. Mit 3D-Röntgentomographie erstellten sie eine Datenkopie des Röllchens und verwendeten im Anschluss ein mathematisches Verfahren, um den Streifen virtuell zu entrollen. Das Verfahren wird auch in der Batterieforschung angewandt.
- Langzeittest zeigt: Effizienz von Perowskit-Zellen schwankt mit der JahreszeitAuf dem Dach eines Forschungsgebäudes am Campus Adlershof läuft ein einzigartiger Langzeitversuch: Die unterschiedlichsten Solarzellen sind dort über Jahre Wind und Wetter ausgesetzt und werden dabei vermessen. Darunter sind auch Perowskit-Solarzellen. Sie zeichnen sich durch hohe Effizienz zu geringen Herstellungskosten aus. Das Team um Dr. Carolin Ulbrich und Dr. Mark Khenkin hat Messdaten aus vier Jahren ausgewertet und in der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials vorgestellt. Dies ist die bislang längste Messreihe zu Perowskit-Zellen im Außeneinsatz. Eine Erkenntnis: Standard-Perowskit-Solarzellen funktionieren während der Sommersaison auch über mehrere Jahre sehr gut, lassen jedoch in der dunkleren Jahreszeit etwas nach. Die Arbeit ist ein wichtiger Beitrag, um das Verhalten von Perowskit-Solarzellen unter realen Bedingungen zu verstehen.