Forschung

Bergische Uni erreicht Weltrekord bei der Solarzellenforschung

Zu neuen Photovoltaikanlagen gibt es Zuschüsse. Archivfoto: cb
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Wuppertaler Wissenschaftler forschen an neuartigen Tandemzellen: Ihnen gelingt sogar ein Weltrekord.

Wuppertaler Wissenschaftler forschen an neuartigen Tandemzellen: Ihnen gelingt sogar ein Weltrekord.

Von Johanna Christoph​

Wuppertal. Nicht zuletzt mit dem Architekturwettbewerb Solar Decathlon Europe, dessen Finale in diesem Jahr in Wuppertal ausgetragen wurde, wurde deutlich, wie groß das Interesse der Menschen an nachhaltigen Solarhäusern ist. Die teilnehmenden Hochschulteams hatten gezeigt, was mit heutiger Technologie bereits alles möglich ist, wie ein nachhaltiges Haus funktionieren und aussehen kann.

Doch gelten herkömmliche Solarzellentechnologien, die überwiegend auf dem Halbleiter Silizium basieren, mittlerweile als überwiegend optimiert. Das heißt, mehr Watt elektrische Leistung pro Watt gesammelte Sonnenergie sind bei dem derzeitigen Stand kaum noch zu erwarten

Der Fokus liegt daher auf neuartigen Perowskit-Halbleitern in Kombination mit Kunststoff. Weltweit lag der Wirkungsgrad dieser Tandemzellen bei rund 20 Prozent. Forscher der Bergischen Universität Wuppertal haben nun einen Wirkungsgrad von rund 24 Prozent erreicht – ein Weltrekord.

Die Idee zu den Zellen ist schon viel älter

„Unser nächster Schritt ist, weiter an den Grundlagen zu forschen und noch mehr herauszuholen“, erklärt Doktorand Kai Brinkmann, der gemeinsam mit den Doktoranden Tim Becker und Florian Zimmermann die Publikation zu diesen sogenannten Perowskit/Organik-Tandemzellen verfasst hat. Zwar wird es als „Organik“ beschrieben, jedoch ist der Teil der Zelle aus Kohlenwasserstoff und damit Kunststoff, also Plastik, erläutert der Wissenschaftler.

Die Idee zu diesen Zellen sei dabei schon viel älter, so Brinkmann, jedoch waren die Zellen in der Vergangenheit nicht effizient genug. „Da mussten Chemiker erst ihre Magie tun“, erklärt der Forscher vom Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente an der Bergischen Uni. Das Ergebnis kann sich sehen lassen. „Wir haben einen Solarzellenrekord geschafft mit einer Zelle, die besser sein kann als jede Siliziumzelle“, sagt Brinkmann.

Die 24 Prozent Leistung der Tandemzelle kann man dabei so verstehen, dass man aus einem Quadratmeter, der rund einem Kilowatt Sonneleistung entspricht, 240 Watt elektrische Leistung erzielt.

Zuvor gab es bei herkömmlichen Solarzellen das Dilemma, dass entweder nur ein geringer Spektralteil des Sonnenlichts absorbiert wird oder zwar ein großer Teil der absorbierten Lichtenergie in Wärme, aber nicht in elektrische Energie umgewandelt wird.

Die neuartigen Perwoskit/Organik-Zellen bieten dafür eine Lösung. So sind bei den Tandemzellen zwei unterschiedliche Solarzellen aufeinandergeschichtet und durch einen sogenannten Interconnect verbunden, heißt es in der Mitteilung der Uni. Dieser Interconnect verbindet die beiden Solarzellen elektrisch und optisch.

„Die gesamte Solarzelle ist dann unter einem Mikrometer dick“, sagt Brinkmann. Mit diesen Tandemzellen könnte man dann etwa eine Solarfolie ermöglichen, welche man dann beispielsweise in Fenster einbauen oder in ein Autodach integrieren könnte, so der Doktorand. „Das ist die Richtung, wo wir hinzielen, denn wir haben unfassbar viele Flächen, die wir nicht nutzen“, so Brinkmann.

In der Vision des Wissenschaftlers müsste man dann nicht mehr zum Dachdecker, um eine Solaranlage auf dem Dach zu realisieren, sondern man könnte in den Baumarkt fahren und dort eine solche Solarfolie erwerben.

In naher Zukunft könnten zumindest schon Perowskit-Silizium-Zellen auf den Markt kommen, prognostiziert Brinkmann. Bis die Perwowskit/Organik-Zellen in den Handel einziehen, könnte es jedoch noch an die zehn Jahre dauern, so der Wissenschaftler. Zurzeit ist die Tandemzelle noch sehr klein und wird im Labor erforscht. Der nächste Schritt sei dann, aus diesen Tandemzellen ein Modul zu entwickeln.

Hervorzuheben sei bei der Forschung an den Tandemzellen die Zusammenarbeit der Wissenschaftler an der Bergischen Uni sowie die herausragende Beteiligung von Thomas Riedl, Professor und Leiter des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente an der Bergischen Universität und Direktor des dortigen Wuppertal Center for Smart Materials & Systems.

Der Weltrekord sei eine Teamleistung gewesen, so Brinkmann. „Der Mythos von einem Wissenschaftler, der allein in seiner Kammer sitzt und ‚Heureka‘ ruft, ist Hollywood-Propaganda“, lacht er.

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Perowskit ist ein relativ häufig auftretendes Mineral aus der Mineralklasse der „Oxide und Hydroxide“. Die Kristalle des Perowkits bilden meist metallisch wirkende, würfelähnliche Formen mit einer schwarzen bis rotbraunen Farbe.

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