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Energie Warum Perowskit-Solarzellen einen so hohen Wirkungsgrad haben

Quelle: Forschungszentrum Jülich 1 min Lesedauer

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Sie gelten als effizient und preiswert, ihre Entwicklung und Erforschung macht jedes Jahr große Schritte nach vorn: die Perowskit-Solarzelle. Forscher konnten jetzt womöglich herausfinden, wieso diese Art der Solarzelle so effizient sind.

Genghua Yan war am Forschungszentrum Jülich verantwortlich für einen Großteil der Messungen. Sie nutzte dafür eine neue Photolumineszenz-Messtechnik.(Bild: Forschungszentrum Jülich / Ralf-Uwe Limbach)
Genghua Yan war am Forschungszentrum Jülich verantwortlich für einen Großteil der Messungen. Sie nutzte dafür eine neue Photolumineszenz-Messtechnik.
(Bild: Forschungszentrum Jülich / Ralf-Uwe Limbach)

Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich haben womöglich herausgefunden, warum Perowskit-Solarzellen im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen so effizient sind. Laut einer Mitteilung sind die freien Ladungsträger in einer Perowskit-Solarzelle auf eine besondere Weise vor dem Zerfall geschützt. Der Verlust von Ladungsträgern folgt damit bei diesem Zelltyp anderen physikalischen Gesetzmäßigkeiten, als man es von den meisten Halbleitern her kennt. Die Ergebnisse der Forschung erschienen zuerst in der Fachzeitschrift Nature Materials.

Um die neuen Erkenntnisse der Forscher besser verstehen zu können, muss man sich mit der Funktionsweise bisheriger Solarzellen auseinandersetzen. Demnach kann Licht Elektronen aus einer Bindung herauslösen. Laut den Forschern werden diese dann energetisch vom Valenzband auf das sogenannte Leitungsband angehoben. Erst dann können sich die Elektronen durch den Halbleiter bewegen. Dieser angeregte Zustand müsse lange genug andauern, damit die Elektronen bis zum elektrischen Kontakt gelangen können. Erst dann können sie ihre Energie an den externen Schaltkreis abgeben, so die Forscher. Defekte im Kristallgitter können diesen Zustand jedoch verkürzen. Die angeregten Elektronen fallen wieder zusammen. „Dieser Mechanismus wird auch als Rekombination bezeichnet und ist der wesentliche Verlustprozess einer jeden Solarzelle“, so Thomas Kirchartz, Elektrotechniker am Forschungszentrum Jülich.

Kirchartz und sein Team konnten nun zeigen, dass diese Art von Defekt bei Perowskit-Solarzellen nicht vorkommt. „Die Ursache für dieses ungewöhnliche Verhalten ist noch nicht restlos geklärt“, sagt Kirchartz. „Die Vermutung liegt nahe, dass tiefe Defekte in diesen Materialien einfach nicht existieren können. Diese Restriktion ist dann womöglich auch einer der Gründe für die besondere Effizienz der Zellen.“

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