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Perowskit-Solarzellen: Die Revolution in der Photovoltaik und ihr Weg zur Marktreife
Perowskit-Solarzellen versprechen höhere Wirkungsgrade bei niedrigeren Kosten. Wir erklären die Technologie und ihren aktuellen Entwicklungsstand.
Perowskit-Solarzellen gelten als die vielversprechendste Innovation in der Photovoltaik seit der Erfindung der Siliziumzelle. Innerhalb von nur fünfzehn Jahren haben sie einen Wirkungsgradsprung vollzogen, der bei Silizium Jahrzehnte gedauert hat. In diesem Artikel erklären wir die faszinierende Technologie hinter Perowskit-Solarzellen, ihren aktuellen Entwicklungsstand und die Herausforderungen auf dem Weg zur kommerziellen Marktreife.
Perowskite sind Materialien mit einer bestimmten Kristallstruktur, die nach dem russischen Mineralogen Lew Perowski benannt ist. In der Photovoltaik werden hauptsächlich organisch-anorganische Halogenid-Perowskite verwendet, die chemisch als ABX3 beschrieben werden. Dabei steht A für ein organisches Kation wie Methylammonium oder Formamidinium, B für ein Metallkation wie Blei oder Zinn, und X für ein Halogenid wie Iod, Brom oder Chlor.
Die besonderen Eigenschaften von Perowskiten machen sie für die Photovoltaik äußerst interessant. Sie absorbieren Licht sehr effizient, haben eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit und können in dünnen Schichten von weniger als einem Mikrometer Dicke aufgebracht werden. Zudem lassen sich ihre optischen Eigenschaften durch Variation der chemischen Zusammensetzung gezielt einstellen, was sie ideal für Tandemzellen macht.
Der Wirkungsgrad von Perowskit-Solarzellen hat eine rasante Entwicklung genommen. Im Jahr 2009 lag er bei lediglich 3,8 Prozent. Seitdem hat er sich vervielfacht und erreicht in Einzelzellen-Labormessungen über 26 Prozent. Dies kommt dem theoretischen Maximum von Siliziumzellen bereits sehr nahe und wurde in einem Bruchteil der Entwicklungszeit erreicht. Die Geschwindigkeit dieser Fortschritte ist in der Geschichte der Photovoltaik beispiellos.
Besonders aufregend ist das Potenzial von Perowskit-Silizium-Tandemzellen. Bei dieser Technologie wird eine Perowskit-Zelle auf eine konventionelle Siliziumzelle aufgebracht. Die Perowskit-Schicht absorbiert den kurzwelligen Teil des Lichts, während die Siliziumzelle den langwelligen Teil nutzt. Dadurch wird ein größerer Anteil des Sonnenspektrums in Strom umgewandelt. Laborwirkungsgrade von über 33 Prozent wurden bereits demonstriert, und einige Hersteller planen die kommerzielle Produktion solcher Tandemmodule.
Die Herstellungskosten von Perowskit-Solarzellen versprechen deutlich niedriger zu sein als bei konventionellen Siliziumzellen. Perowskit-Schichten können bei niedrigen Temperaturen aus Lösungen aufgebracht werden, was energieintensive Hochtemperaturprozesse wie bei der Siliziumherstellung überflüssig macht. Verfahren wie Schlitzdüsenbeschichtung, Inkjet-Druck oder Rolle-zu-Rolle-Beschichtung ermöglichen eine potenziell sehr kostengünstige Massenproduktion.
