Stromerzeugung Wie Perowskit-Solarzellen umweltfreundlich beschichtet werden können

Solarzellen aus Perowskiten sollen künftig höhere Wirkungsgrade ermöglichen als ihr Silizium-Pendant. Jedoch kommen bei ihrer Herstellung gesundheits- und umweltschädliche Lösungsmittel zum Einsatz. Ein am ZSW entwickelter Beschichtungsprozess will das ändern.

Solarzellen mit Perowskit-Schichten als lichtabsorbierendes Material sind seit einigen Jahren in den Fokus von Forschung und Wirtschaft gerückt. So besitzt Perowskit hervorragende optische und elektronische Eigenschaften, die für eine höhere Stromausbeute genutzt werden können. Darüber hinaus kann der Werkstoff mittels Dünnschichttechnologie auf Kunststoff-Folien appliziert werden. Dabei kommen jedoch fast immer gesundheits- und umweltschädliche Lösungsmittel wie Dimethylformamid (DMF) zum Einsatz, die die Produktion im industriellen Maßstab verhindern. Forschung und Industrie suchen daher intensiv nach umweltverträglichen, industrietauglichen Lösungsmitteln.

Dimethylsulfoxid als umweltfreundliches Lösungsmittel

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) hat nun genauer untersucht, ob reines Dimethylsulfoxid (DMSO) ein solches Lösungsmittel sein kann. Laut ZSW ist DMSO eigentlich für den Beschichtungsprozess ungeeignet, da die hohe Oberflächenspannung und Zähflüssigkeit des Lösungsmittels zu einer ungleichmäßigen Beschichtung der Solarzelle führt. Außerdem könne der Kristallisationsprozess der Zelle mit DMSO nur schlecht kontrolliert werden, so dass oft nur kleine Perowskit-Kristalle entstehen. Mittels eines angepassten Filmziehverfahrens und einer verbesserten Trocknungsmethode konnten diese Probleme jedoch gelöst werden.

Nach Angaben des ZSW erreichen die mit DMSO als Lösemittel hergestellten 0,24 Quadratzentimeter großen Perowskit-Solarzellen einen Wirkungsgrad von 16,7 Prozent – nur 0,2 Prozent weniger als die gleich großen, ebenfalls im Institut hergestellten Perowskit-Solarzellen mit DMF. Dabei nutzten die Forschenden die Rakelbeschichtung, die relativ problemlos auf größere Produktionseinheiten skalierbar sei und sich dadurch für die industrielle Umsetzung eigne. Zellen mit Rekordwirkungsgraden von 25,7 Prozent wurden dagegen mit dem Verfahren der Rotationsbeschichtung hergestellt. Dabei ist der Wirkungsgrad zwar höher, industriell nutzen lässt sich die Methode für große Modulflächen jedoch nicht, so das ZSW.

Perowskit-Solarzellen mit großen Flächen produzieren

Mit der industrietauglichen Beschichtungsmethode arbeiten die Forschenden nun auf Modulgrößen von bis zu 30 mal 30 Quadratzentimeter hin. Bei dieser Größe wären alle grundsätzlichen Herausforderungen für die weitere Skalierung auf kommerzielle Modulformate bereits überwunden, heißt es.

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