Meget effektive solceller takket være solidt fundament

Solen er en uudtømmelig og bæredygtig energikilde. Derfor, solcelleanlæg får stadig større betydning i tysk energiproduktion. Blandt lovende materialer til solceller - med høj effektivitet og lave produktionsomkostninger - er metalorganiske Perovskites. Forskere fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har udviklet en ny type højeffektivt nikkeloxidhultransportlag, der kan aflejres på store områder og når rekordeffektivitet i disse solceller.

Med effektiviteter over 24 procent i laboratoriet, Perovskite solceller er blandt de mest effektive tyndfilm solcelleanlæg. Sammenlignet med siliciumsolceller, der i øjeblikket er fremherskende på markedet, de kan fremstilles meget lettere og til reducerede omkostninger.

Når sollys rammer Perovskite absorberen, elektroner løsnes fra deres bundne tilstand og udsættes for excitation. På samme tid, positivt ladede huller forbliver. "For at samle energi fra solcellen, disse elektroner og huller skal fjernes på forskellige sider af absorberen. I Perovskite solceller, dette gøres af selektive ladningsbærerlag, dvs. membraner, der tillader enten elektroner eller huller at passere, " siger Tobias Abzieher, doktorgradsforsker ved Light Technology Institute (LTI) i KIT. "Effektive Perovskite-solceller kræver ikke kun et optimeret lysabsorberende Perovskite-lag, men også optimerede ladningsbærer-selektive lag."

Sammen med andre forskere fra KIT, Abzieher har udviklet en ny type højeffektivt hultransportlag baseret på nikkeloxid (NiOx) til Perovskite-solceller. Dette lag kan fremstilles til lave omkostninger og i modsætning til konventionelle organiske materialer, den er mindre følsom over for temperaturer på mere end 70°C. "For at afsætte materialet på underlaget, vi bruger en vakuumprocesteknologi, elektronstrålefordampning. Ved hjælp af fordampning, metaloxid aflejres på et substrat. Takket være det lille antal procesparametre, vi kan producere store homogene lag af konstant høj kvalitet, " siger Abzieher.

Rekordeffektivitet

De fuldstændig vakuumbehandlede Perovskite solceller når effektiviteter på op til 16,1 procent og, derfor, de er blandt de mest effektive Perovskite solceller fremstillet ved denne metode. Bortset fra vakuumaflejring, det højeffektive substrat er også ideelt til absorberaflejring ved inkjet-print, en trykmetode, der er meget brugt. Med denne velkendte metode, videnskabsmænd nåede verdensrekord:deres inkjet-printede absorberlag nåede effektiviteter på op til 18,5 procent. "I øjeblikket fokuserer arbejdet på aflejring ved roterende belægning. Her effektiviteten er over 24 procent. Imidlertid, denne teknologi kan ikke overføres til store områder, " siger Tobias Abzieher.

"Vi koncentrerer os om skalerbare produktionsmetoder. Vores mål er at overføre Perovskite solceller fra laboratoriet til fabrikkerne, " siger Dr. Ulrich W. Paetzold, Leder af Advanced Optics and Materials for Next Generation Photovoltaics Group af KIT's Institute of Microstructure Technology (IMT) og Light Technology Institute (LTI).