KIT entwickelt Technologie zur Effizienzsteigerung bei Perowskit-Solarzellen

Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben eine neuartige, hocheffiziente Lochleiterschicht aus Nickeloxid (NiOx) entwickelt, die großflächig abscheidbar ist und in Solarzellen mit metallorganischen Perowskite zu Rekordeffizienzen führe. »Mit Wirkungsgraden von über 24 Prozent im Labor gehören Perowskit-Solarzellen heute zu den effizientesten Dünnschichttechnologien der Photovoltaik«, so die Forscher. Die Technologie verspreche im Vergleich zu den derzeit dominierenden Siliziumsolarzellen »eine deutlich günstigere und einfachere Herstellung«.
Die Schicht sei im Vergleich den üblichen organischen Materialien überdies unempfindlicher gegenüber Temperaturen von mehr als 70 Grad Celsius. »Um diese auf dem Substrat abzuscheiden, nutzen wir eine Vakuumprozesstechnik – die Elektronenstrahlverdampfung. Dabei lagert sich das Metalloxid mittels Bedampfung auf einem Substrat ab. Mit dieser Technik können wir die Schicht großflächig homogen, sowie dank der geringen Anzahl an Prozessparametern mit gleichbleibend hoher Qualität herstellen«, erklärt Tobias Abzieher, Doktorand am Lichttechnischen Institut (LTI) des KIT.
Für vollständig vakuumprozessierte Perowskit-Solarzellen erzielte das Team Wirkungsgrade von bis zu 16,1 Prozent. Neben der reinen Vakuumabscheidung bilde das hocheffiziente Substrat auch einen idealen Ausgangspunkt für die Abscheidung des Absorbers per Tintenstrahldruck. Mit tintenstrahlgedruckten Absorberschichten erzielten die Wissenschaftler einen Wirkungsgradrekord von bis zu 18,5 Prozent. »Aktuell dominiert in der Entwicklung die Abscheidung per Drehrotationsbeschichtung, für die Wirkungsgrade über 24 Prozent erzielt wurden. Allerding lässt sich diese praktisch nicht auf große Flächen übertragen«, sagt Tobias Abzieher.
An dem Projekt ist neben dem KIT auch das Innovation Lab in Heidelberg beteiligt. Die Forschung wurde unterstützt durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), die Initiierungs- und Vernetzungsförderung der Helmholtz-Gemeinschaft sowie die Karlsruhe School of Optics & Photonics (KSOP).
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