Perowskit statt Silizium: Neuer Solarzellen-Typ reift rasant heran

Wuhan (China)/Lausanne (Schweiz) - Innerhalb von nur fünf Jahren konnte der Wirkungsgrad eines neuen Solarzellen-Typs von knapp vier auf über 15 Prozent vervielfacht werden. Sogenannte Perowskit-Kristalle, die unter anderem Iod und Blei enthalten, sind dafür verantwortlich. Bisher hatten diese Halbleiter, die deutlich günstiger sind als Silizium, nur den Nachteil geringer Stabilität. Dieses Problem könnte nun mit einem neuen Ansatz von chinesischen und schweizerischen Forschern gelöst werden. Sie entwickelten eine Perowskit-Solarzelle, die auch nach über 1000 Stunden nichts von ihrem Wirkungsgrad von knapp 13 Prozent einbüßen musste. Weitere Steigerungen sind wahrscheinlich, so dass Perowskit-Solarzellen als vielversprechende Kandidaten für günstige und in einfachen Druckverfahren hergestellte Solarmodule gelten.

„Perowskite aus Metallhalogeniden wirken in unseren neuen Solarzellen als Lichtsammler“, sagt Hongwei Han von der Huazhong University of Science and Technology in Wuhan. Unterstützt von Michael Grätzel, dem Erfinder der Farbstoffsolarzelle von der Technischen Hochschule Lausanne, konnten die chinesischen Forscher die Stabilität der Perowskit-Solarzelle im Vergleich zu bisherigen Prototypen deutlich verbessern. Für ihren Prototyp beschichteten sie einen Glasträger zuerst mit Mikrometer dünnen Schichten aus porösem Titandioxid und Zirkoniumdioxid. In diese Poren tropften sie eine bleihaltige Lösung versetzt mit Methylammoniumiodid. In den Poren bildeten sich darauf die gewünschten Perowskit-Kristalle, die einfallendes Sonnenlicht effektiv absorbieren konnten.

Künstlichem Sonnenlicht ausgesetzt, lieferte der Prototyp Strom mit einer Spannung von knapp einem Volt. Weitere Messungen zeigten einen Wirkungsgrad von 12,8 Prozent. Im Unterschied zu früheren Perowskit-Solarzellen, die nach 500 Stunden etwa ein Fünftel ihrer Stromausbeute einbüßten, stieg bei der neuen Zelle der Wirkungsgrad nach 1008 Stunden sogar noch ein wenig an. Eine wichtige Rolle spielte dabei die vorher aufgetragene Zirkoniumdioxid-Schicht. Sie verhinderte, dass solar erzeugte Elektron-Loch-Paare sich wieder vereinigten, bevor sie zur Stromerzeugung beitrugen.

Perowskite sind nicht nur günstiger als Silizium-Kristalle. „Unsere druckbaren Perowskit-Solarzellen lassen sich sogar komplett an der Luft fertigen“, betont Hongwei Han einen weiteren Vorteil. Ohne den Einsatz teurer Vakuumtechnik ließen sich die Produktionskosten mit großer Wahrscheinlichkeit weiter senken. Doch noch sind Perowskit-Solarzellen nicht reif für einen kommerziellen Einsatz. Zudem hinken sie den Wirkungsgraden von Siliziumzellen, die mittlerweile etwa 25 Prozent des Sonnenlichts in photovoltaischen Strom umwandeln, hinterher. Dennoch rechnen sich Photovoltaik-Experten gute Marktchancen für die Perowskit-Zellen mit möglichen Herstellungskosten von weniger als 30 Cent pro Watt aus. Das wäre weniger als die Hälfte herkömmlicher Siliziumzellen. Bis zur Marktreife, mit der in wenigen Jahren gerechnet werden könnte, bleiben die Solarzellforscher weiter auf der Suche nach noch besseren Perowskiten. Ideal wären Kristalle, die ohne das giftige Schwermetall Blei auskommen könnten.