Solarzellen aus Perowskit statt Silizium haben großes Potenzial, leiden aber unter einer großen Schwäche: einer extrem schnellen Alterung. Die konnten Forschende nun verlangsamen.

 

Verglichen mit Siliziumkristallen als Basis von PV-Modulen weisen Perowskite mehrere entscheidende Vorteile auf: Sie lassen sich einfach, kostengünstig und energiesparend herstellen und haben mittlerweile den Wirkungsgrad konventioneller Silizium-Solarzellen erreicht. 

„Die Achillesferse der Perowskit-Solarzellen ist ihre geringe Haltbarkeit“, erklärt Prof. Christoph Brabec vom Helmholtz Institut Erlangen-Nürnberg (HI ERN) des Forschungszentrums Jülich. Während klassische Silizium-Module selbst nach mehr als 20 Jahren im praktischen Einsatz nur wenig von ihrer Leistungsfähigkeit einbüßen, verlieren Zellen aus Perowskit schon nach wenigen Tagen oder Wochen an Effizienz. Ganz frühen Modellen konnte man beim Altern regelrecht zuschauen: Der Wirkungsgrad sank innerhalb von Sekunden oder Minuten nach dem Anschalten der Beleuchtung im Labor.

Nun haben die Forschenden eine Variante vorgestellt, die durch ihre besondere Stabilität hervorsticht. In Tests bei erhöhter Temperatur und Beleuchtung über 1.450 Betriebsstunden behielt die Zelle auf Perowskitbasis 99 % ihres anfänglichen Wirkungsgrads bei. „Eine Langzeitprognose ist immer schwierig. Aber die Perowskit-Solarzelle, die wir jetzt entwickelt haben, könnte unter normalen Umständen sicherlich schon über 20.000 Betriebsstunden betrieben werden“, schätzt Professor Brabec.

Das Ergebnis ist kein Zufallstreffer. Auf der Suche nach dem passenden Material hatten die Forschenden hunderte verschiedene Perowskit-Mischungen mittels Hochdurchsatzmethoden systematisch auf ihre Eignung hin überprüft. Die besten nutzten die Forschenden anschließend für den Bau ihrer Zelle. „Selbst wenn man nur auf bewährte Komponenten setzt, kommt man auf ungeheure Anzahl an möglichen Zusammensetzungen, die wir mit unseren Verfahren automatisiert herstellen und prüfen können“, erläutert Yicheng Zhao, der die Untersuchungen maßgeblich durchgeführt hat. „Daher müssen wir systematisch vorgehen, um die besten Materialkombinationen zu identifizieren“.