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Ein Forscher zeigt, wie transparent die neue, an der Empa entwickelte Perowskit-Zelle ist. 
Bild: Empa

Dank Zauberkristall: Empa entwickelt effiziente Tandem-Solarzelle

19.11.2015, 16:05

Zwei übereinander gelegte Solarzellen erzielen einen weit höheren Wirkungsgrad als einstufige Solarzellen. Empa-Forscher haben nun ein Verfahren entwickelt, das solche Tandem-Solarzellen in einem preisgünstigen Roll-to-Roll-Verfahren möglich macht.

Was bei Doppelklingenrasierern gut ist, gelte auch für Solarzellen, schreibt die Materialprüfungsanstalt Empa in einer Mitteilung vom Mittwoch. Zwei Arbeitsschritte seien gründlicher. Wenn man zwei Solarzellen übereinander lege, von denen eine halb transparent sei, dann lasse sich ein grösserer Anteil der Lichtenergie in Strom umwandeln.

Bisher sei die aufwendige Technik vorwiegend in der Raumfahrt eingesetzt worden. Ein Empa-Team habe es nun aber geschafft, eine preisgünstige Tandem-Solarzelle herzustellen, die sich auf flexible Kunststofffolien auftragen lasse.

Die Tandem-Solarzelle erreichte auf Anhieb einen Wirkungsgrad von 20,5 Prozent bei der Umwandlung von Licht in Strom. Laut den Empa-Forschern liegt sie damit auf Augenhöhe mit den besten bisher produzierten flexiblen Solarzellen der Welt. Dabei sei ihr Potenzial noch längst nicht ausgeschöpft.

Der Clou am neuen Verfahren sei ausserdem, dass die zusätzliche Solarzellenschicht in einem Niedrigtemperaturverfahren von nur 50 Grad Celsius erzeugt werden könne. Das verspreche für künftige Herstellungsprozesse einen Energie und Kosten sparenden Produktionsschritt.

Potenzial noch nicht ausgeschöpft: Tandem-Solarzelle der Empa.<br data-editable="remove">
Potenzial noch nicht ausgeschöpft: Tandem-Solarzelle der Empa.
Bild: Empa

Stromgewinnung in zwei Schritten

Schlüssel des Erfolgs war die Entwicklung einer halbtransparenten Solarzelle aus Methylammonium-Bleiiodid, das sich in Form winziger Perowskit-Kristalle abscheidet. Als Unterlage für den Perowskit dient eine Substanz, die 61 – in Form eines Fussballs miteinander verknüpfte – Kohlenstoff-Atome enthält.

Dieser Zauberkristall schluckt UV-Strahlen und den blauen Anteil des sichtbaren Lichts und verwandelt sie in Strom. Rotes Licht und Infrarot-Strahlung lässt der Kristall jedoch passieren. So kann unter der halbtransparenten Perowskit-Zelle eine weitere Solarzelle angeordnet werden, die das restliche Licht in Elektrizität umwandelt.

Der Vorteil liegt darin, dass die Energie in zwei Stufen «geerntet» wird. Damit kann ein grösserer Anteil des Sonnenlichts in Strom umgewandelt werden. (dhr/sda)

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