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In den letzten Jahren hat die Solarenergie einen massiven Aufschwung erlebt und ist mittlerweile weit verbreitet und gilt als sehr gute und umweltfreundliche Alternative zu nicht erneuerbaren Energiequellen. Trotz vieler Forschungen und Fortschritte konnten wir den größten Teil der uns zur Verfügung stehenden Sonnenenergie bisher nicht nutzen, und der Grund dafür ist, dass unsere Solarzellen nicht effizient genug sind. Tatsächlich liegt der Wirkungsgrad der besten Solarzellen bei nur etwa 25%.
Ein reichliches Mineral namens Perowskit wurde in früheren Forschungsarbeiten als mögliche Lösung für die schlechte Leistung von Solarzellen genannt, aber es war im Moment nur ein Stück Theorie. Jetzt hat ein Team von Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der Stanford University die Theorie in die Tat umgesetzt, indem sie Tandem-Silizium-Perowskit-Zwei-in-Eins-Solarzellen konstruierten.
Tandemsolarzellen, manchmal auch als Mehrfachsolarzellen bezeichnet, bestehen aus mehr als einem Halbleitermaterial. Sie haben das Potenzial, den Wirkungsgrad von Solarzellen erheblich zu steigern, ihre Verwendung war jedoch aufgrund der hohen Kosten und der Komplikationen bei der Herstellung sehr begrenzt. Das Team konzentrierte sich besonders auf diese Entwürfe, da sie der Ansicht waren, dass sie noch viel verbessert werden können.
Perowskit ist ein kristallines Organometallmineral, das in geologischen Lagerstätten auf der ganzen Welt vorkommt und außerdem kostengünstig in Labors hergestellt werden kann. Wissenschaftlern war seit Jahrzehnten bekannt, dass Perowskit Lichtabsorptionsfähigkeiten und Halbleitereigenschaften besitzt, aber erst 2009 wurde es in Solarzellen verwendet. Der Hauptvorteil der Verwendung von Perowskit in Solarzellen besteht darin, dass es in mikrometerdünne Schichten integriert werden kann.
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Die durch dieses Experiment erzeugten Tandemsolarzellen werden hilfreich sein, um die Verbindung zwischen Silizium- und Perowskitschichten zu verbessern. Dies könnte sich als vorteilhaft erweisen, um Fortschritte bei der Herstellung verschiedener Technologien und Geräte zu erzielen. Die Verbindungsschicht oder der Tunnelübergang besteht aus stark dotiertem Silizium vom p-Typ und n-Typ, wodurch die Energiebarriere zwischen zwei verschiedenen Schichten nahezu Null wird. Eine zusätzliche Titandioxidschicht wird hinzugefügt, damit Elektronen aus der Perowskit-Solarzelle frei in den Tunnelübergang fließen können. Hier rekombinieren sie mit den Elektronen aus der Siliziumplatte.
Eine Tandemsolarzelle auf Basis von Perowskit und Silizium ist weitaus effizienter und kann einen größeren Teil der uns zur Verfügung stehenden Sonnenstrahlung absorbieren.
Darüber hinaus minimieren diese Sonnenkollektoren das Phänomen, das wir als Thermalisierung bezeichnen. Es tritt auf, wenn die Energie von Photonen als Wärme freigesetzt wird. Silizium absorbiert am besten Photonen im oberen Bereich des Sonnenenergiespektrums, während Perowskit Photonen aus dem unteren Infrarotsegment gut einfängt. Daher können diese speziellen absorbierenden Schichten Sonnenlicht effizienter in Elektrizität umwandeln als eine einzelne absorbierende Schicht.
Das Ergebnis dieses Experiments war vielversprechend. Eine Tandemsolarzelle zeigte eine Effizienzsteigerung von fast 50%. Die Forscher glauben, dass die Verfeinerung der Perowskitschicht und die Verwendung fortschrittlicherer Siliziumsolarzellen zu besseren Ergebnissen führen könnte. Bis dahin war diese Forschung ein Meilenstein in diesem Bereich, da sie der Solarenergie einen massiven Schub verleihen wird, indem die Solarzellen weitaus effizienter als früher gemacht werden. Jetzt müssen wir nur noch 1 Solarzelle verwenden, um die Frucht von 2 zu erreichen.
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