Forscher des französischen Nationalen Instituts für Solarenergie (INES) – einer Abteilung der französischen Kommission für alternative Energien und Atomenergie (CEA) – haben neuartige flexible Perowskit-Solarmodule entwickelt. Auf einer Fläche von 11,6 Quadratzentimetern erreichen die Module einen maximalen Wirkungsgrad von 18,95 und einen stabilisierten Wirkungsgrad von mehr als 18,5 Prozent. Laut INES stellt diese Leistung einen Weltrekord für ein flexibles Perowskit-Bauelement mit einer Fläche von mehr als 10 Quadratzentimetern dar.
Gegenwärtig liegen die Rekord-Wirkungsgrade von Perowskit-Solar bei über 25 (Einzelverbindungen) und 29 Prozent (Tandemstrukturen mit Silizium) – allerdings erzielt auf kleinen Flächen in der Größenordnung von einem Quadratzentimeter.
Um diese Effizienz auf größeren Flächen zu erreichen, entwickelte das INES die flexiblen Perowskit-Solarmodule bei niedrigen Temperaturen auf kostengünstigen Substraten aus Polyethylenterephthalat (PET). Sie verwendeten eine sehr einfache Struktur mit fünf Schichten, einschließlich der Elektroden.
Die Leistung haben die Forscher nach der Verkapselung erzielt. Die Stabilität der Geräte wurde unter feuchten Wärmebedingungen bei 85 °C getestet, entsprechend den für Technologien auf Siliziumbasis geltenden Normen. Die Wissenschaftler haben eine Stabilität von mehreren hundert Stunden erreicht – zwischen 400 und 800 Stunden, je nach Verkapselung -, ausgehend von einem Standardziel von 1.000 Stunden.
Das gelang ihnen, indem sie die Stapelung der Schichten der Zelle optimierten, um einen dreistufigen Laserprozess für die Herstellung des Moduls zu implementieren. Außerdem haben sie einen flexiblen Verkapselungsprozess entwickelt, der vollständig mit Materialien mit hoher Gasbarriere kompatibel ist und keine Anfangsverluste aufweist.
Die Bauelemente des CEA werden von Flexbrick (Spanien) in einen Demonstrator für gebäudeintegrierte Photovoltaik-Anwendungen (BIPV) integriert. Die Module werden zusammengeschaltet, um hohe Spannungen zu erhalten, und gemäß den Baunormen getestet. Darüber hinaus werden derzeit Stabilitätstests unter realen Bedingungen durchgeführt.
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), ein Projektpartner, testet die Module für Innenraumanwendungen. Die Tests haben bereits eine Leistungsumwandlungseffizienz von bis zu 24,5 Prozent bei sehr schwachem Licht (500 Lux) ergeben.
Für einige Anwendungen könnte die Verwendung flexibler Substrate für die Einzelschicht-Perowskit-Technologie von Interesse sein, da sie den Weg für Hochgeschwindigkeits- und Niedrigtemperatur-Druckverfahren ebnen könnte. Dadurch würde es möglich, kostengünstige Substrate zu verwenden – im Gegensatz zu flexiblen anorganischen Technologien wie CIGS, die höhere Temperaturen und teurere Substrate erfordern.
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