Flexible Solarzellen: Neue Methode steigert Effizienz und Haltbarkeit

Chinesische Forscher haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich flexible Perowskit-Solarzellen effizienter und langlebiger herstellen lassen. Dadurch soll deren Praxistauglichkeit entscheidend verbessert werden.

Wirkungsgrad erstmals über 20 Prozent

Eine spezielle chemische Zusatzkomponente verhindert jetzt störende Wechselwirkungen zwischen den Materialien der Solarzellen. In Tests erreichten die biegsamen Module dadurch nun Wirkungsgrade von mehr als 20 Prozent und bestanden zudem anspruchsvolle Stabilitätsprüfungen. Das könnte die industrielle Fertigung leichter, flexibler Solarmodule entscheidend voranbringen.

Perowskit-Solarzellen gelten als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Siliziumzellen. Sie können dünn, leicht und flexibel gefertigt werden und eignen sich damit beispielsweise für gewölbte Fahrzeugdächer oder tragbare Solarmodule. Bei flexiblen Varianten erschweren allerdings unebene Oberflächen und unterschiedliche chemische Eigenschaften der Trägermaterialien die gleichmäßige Beschichtung.


Besonders problematisch ist das Zusammenspiel zwischen einer hauchdünnen Transport- beziehungsweise Kontaktschicht aus selbstorganisierenden Molekülen und der darüberliegenden lichtabsorbierenden Perowskitschicht. Die unerwünschten Reaktionen beeinträchtigen sowohl die Haftung am Untergrund als auch das Wachstum der Kristalle. Dadurch entstehen ungleichmäßige Schichten mit zahlreichen Defekten, die unter Wärme und Feuchtigkeit schneller altern.

Die Forscher begegnen diesem Problem mit einer entkoppelten gemeinsamen Beschichtung. Dafür geben sie der Ausgangslösung ein speziell entwickeltes Molekül hinzu, das unter anderem Ammonium- und Iodidionen sowie zwei Sulfonatgruppen enthält. Es bindet an die Perowskitstruktur und unterbindet die störenden Wechselwirkungen. So kann sich die Transportschicht besser auf dem flexiblen Untergrund verankern, während das Zusatzmolekül zugleich das Kristallwachstum unterstützt und Defekte reduziert.

Harte Tests

Die Ergebnisse sind vielversprechend: Kleine flexible Solarzellen erreichten einen unabhängig bestätigten Wirkungsgrad von 26,86 Prozent. Bei größeren Modulen lagen die Werte bei 22,31 Prozent für eine Fläche von fünf mal fünf Zentimetern, 20,63 Prozent bei zehn mal zehn Zentimetern und 20,15 Prozent bei 30 mal 30 Zentimetern.

Auch die Haltbarkeit wurde geprüft. Ein 25 Quadratzentimeter großes Modul behielt nach 1044 Stunden unter Dauerbelastung bei 85 Grad Celsius und 65 Prozent Luftfeuchtigkeit noch 92,5 Prozent seiner ursprünglichen Leistung. Zudem bestanden die Module Temperaturwechseltests und die Stabilitätsprüfungen nach dem Industriestandard IEC 63163.

Als nächste Schritte nennen die Forscher verbesserte Zusatzmoleküle, Tandemsolarzellen und die Skalierung für kontinuierliche Rolle-zu-Rolle-Fertigungsverfahren. Damit könnte die Technik den Weg von leistungsfähigen Laborzellen zu industriell produzierten flexiblen Solarmodulen ebnen.

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