Dünnschicht-Solarzellen aus Nanokristallen

Perowskit-Solarzellen haben in den vergangenen Jahren eine beispiellose Entwicklung durchlaufen: Innerhalb von nur fünf Jahren wurde ihr Wirkungsgrad erheblich gesteigert, sie setzen mittlerweile über zwanzig Prozent der Sonnen­strahlung in elek­trische Energie um. Niedrige Material­kosten und ein geringer Material­einsatz durch Dünn­schicht-Techno­logie machen Perowskit-Solarzellen zu einer vielver­sprechenden Alter­native, mit der die Kosten für die Wandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie gesenkt werden können. Ein entschei­dender Nachteil der Techno­logie ist bislang jedoch die Verwendung von umwelt­schädlichen Blei­verbin­dungen zur Herstellung der Perowskit-Kristalle. Nacht Lösungen für die Herstellung der neuen Photo­voltaik-Technologie sucht ein interdis­ziplinäres Team des Karlsruher Instituts für Technologie in den kommenden drei Jahren im Rahmen des Projekts „NanoSolar“.

„Wir suchen nach einem Weg, ungiftige Metalle einzusetzen“, sagt Alexander Colsmann, der am Licht­technischen Institut des KIT die Abteilung Organische Photovoltaik leitet. Wenn es gelänge, nachhaltige, umweltfreundliche Herstel­lungs­prozesse für diese neue Technologie zu etablieren, könnten Perowskit-Solarzellen neben der großflächigen Strom­erzeugung auch für die dezentrale Energie­versorgung genutzt werden, so der Forscher. „Das Material einer Dünn­schicht-Solarzelle hat ein homogenes Erschei­nungsbild und eignet sich deshalb zum Beispiel als Fassadenverkleidung.“. Die Entwicklung umweltfreundlicher Perowskit-Solar­zellen sei nicht nur im Sinne der Nachhaltigkeit erforderlich, sondern auch eine wesentliche Voraussetzung für ihren wirtschaft­lichen Erfolg.

Zu dem interdisziplinären Team des Projekts, an dem neben dem LTI auch das Institut für anorganische Chemie beteiligt ist, gehören Physiker, Chemiker, Material­wissen­schaftler und Ingenieure. Ziel ist es, die nanoskaligen Kristall­strukturen gezielt einzustellen und neuartige, umwelt­freundliche Materialien und Prozesse zur Herstellung von Perowskiten zu entwickeln, um sie in Solar­zellen zu integrieren.

Die Forscher untersuchen den gesamten Prozess von der Synthese der Materialien bis zum Demonstrator-Modul, das eine funktions­fähige Solar­zelle zeigt. Hergestellt werden die Perowskit-Solar­zellen – ähnlich wie organische Solarzellen – mittels Druck- und Beschichtungsverfahren. „NanoSolar“ verbindet Grundlagen­forschung und anwendungs­orientierte Wissen­schaft. Um die neue Technologie fundamental zu verstehen, untersuchen die Wissenschaftler die Beziehungen zwischen den Strukturen und den Eigen­schaften der Materialien, um diese zu optimieren. Das auf drei Jahre ausgelegte Projekt wird durch die Baden-Württemberg-Stiftung innerhalb des Forschungs­programms „Funktionelle Oberflächen und Materialien für eine nachhaltige Energie­versorgung“ mit 530.000 Euro finanziert.

KIT / RK