Photovoltaik: Perowskite aus flüssigen Tinten am HZB

Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) kommt bei der Aufskalierung von Solarzellen aus Perowskiten aus flüssigen Tinten vorran. Wie das HZB mitteilte, erreichen solche Metallhalogenid-Perowskite hohe Wirkungsgrade und lassen sich mit wenig Energieaufwand produzieren. An einer Röntgenquelle habe die Forschergruppe nun gezeigt, wie wichtig die Zusammensetzung der Vorläufertinten für die Erzeugung von „FAPbI₃-Perowskit-Dünnschichten“ sei. Die mit den besten Tinten hergestellten Solarzellen hat das HZB nun ein Jahr im Außeneinsatz getestet und auf Minimodulgröße skaliert.

Grundsätzlich ließen sich Perowskit-Solarzellen mit Beschichtungsverfahren hergestellen, die mit flüssigen Tinten aus Vorläufermaterialien und verschiedenen Lösungsmitteln arbeiten. Im Anschluss an die Beschichtung verdampfen die Lösungsmittel und die Perowskite kristallisieren zu einer im Idealfall homogenen Schicht. Metallhalogenid-Perowskite gelten somit als besonders preisgünstige und vielversprechende Materialklasse für Solarmodule der nächsten Generation.

Aufskalierung im Blick

Das Team um Prof. Dr. Eva Unger am Helmholtz-Zentrum Berlin hat große Expertise mit diesen Verfahren und untersucht Optionen für die Aufskalierung. „Perowskit-Photovoltaik ist die beste lösungsprozessierbare PV-Technologie, die es gibt“, sagt Eva Unger, „aber wir fangen gerade erst an, zu verstehen, wie sich das komplexe Zusammenspiel der Lösungsmittelkomponenten auf die Qualität der Perowskit-Schichten auswirkt.“

Denn bei der Beschichtung der Halogenid-Perowskit-Schichten auf großen Flächen können ungewollte Inhomogeneitäten auftreten, zum Beispiel rippenartige Strukturen. „Durch Variationen in der Viskosität der Tinte lassen sich solche Effekte minimieren“, sagt Jinzhao Li, der bei Unger promoviert. An der Rötgenquelle habe er untersucht, wie sich die verschiedenen Lösungsmittelkombinationen auf die Kristallisation der Perowskit-Filme auswirken. Die besten p-i-n-FAPbI₃-Perowskit-Solarzellen erreichen damit im Labormaßstab eine zertifizierte Leistung von 22,3 %. Außerdem habe er mit Kolleg*innen Mini-Solarmodule (12,6 cm²) hergestellt, die Wirkungsgrade um die 17 % erzielten.

Ein weiteres Team habe die so optimierten Solarzellen ein Jahr lang am Teststand im Freien getestet. Dabei blieb der Wirkungsgrad im Winter und Frühjahr nahezu stabil, und sank erst in den wärmeren Sommermonaten. „Diese Tests von größeren Modulen unter realen Bedingungen geben uns wertvolle Hinweise, um die Halogenid-Perowskit-Photovoltaik weiter zu verbessern“, sagt Eva Unger.

17.3.2023 | Quelle: HZB | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH