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Umsicht Wissenschaftspreis 2017: Solartechnik von morgen mit Silizium-Perowskiten

Der UMSICHT Förderverein hat zum achten Mal hervorragende Forscher und Forschungsjournalisten geehrt. Dr. Michael Saliba von der TH Lausanne erhielt für seine Weiterentwicklung von Solarzellen mit Perowskit, dem Solarzellen-Halbleiter-Material von morgen, den UMSICHT-Wissenschaftspreis 2017.

Preisträger Bildquelle: © Fraunhofer UMSICHT/Ilka Drnovsek

(V.l.): Die Preisträger Wissenschaftsjournalismus Klaus Uhrig und Dr. Till Krause und Wissenschaftspreisträger Dr. Michael Saliba von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL).

Die Kosten für die Herstellung gängiger Solarzellen auf Siliziumbasis sind in den letzten Jahren stark gefallen. Weitere große Sparpotenziale sind nicht zu erwarten. Auch ist der maximale Wirkungsgrad, die sogenannte Shockley-Queisser-Grenze, mit ca. 30 Prozent nahezu erreicht. Die European »Strategic Research Agenda for PV Solar Energy Technology 2011« empfiehlt daher, offen zu sein für neuartige und aufkommende Niedrigkosten-Technologien. Technologien, wie sie der Preisträger des UMSICHT-Wissenschaftspreis 2017 in der Kategorie Wissenschaft in seinem Projekt »A Perowskite/silicon tandem for a sustainable energy future« erforscht.


Dr. Michael Saliba, Marie Curie Fellow an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL), entwickelt das Solarzellenmaterial Perowskit. Anorganisch-organische Perowskite sind eine neue Halbleiter-Klasse, die erst vor fünf Jahren für die Solarzellenforschung entdeckt wurde. Perowskit-Solarzellen heben das jahrzehntealte Paradigma auf, wonach effiziente Solarzellen notwendigerweise auch kostspielig sein müssen.

Das Besondere ist, dass sich herkömmliches Silizium mit Perowskiten als sogenanntes Silizium-Perowskit-Tandem verbinden lässt. »Wir kombinieren zwei Solarzellen miteinander, um höhere Wirkungsgrade zu erreichen«, erklärt Dr. Saliba. Er setzt Perowskite als zusätzlichen Lichtsammler auf eine bereits vorhandene Silizium-Schicht. Perowskit wandelt besonders gut den blauen Teil, Silizium den roten Teil des Sonnenlichts. »Zusammen sind Perowskite und Silizium mehr als die Summe ihrer Einzelteile und bilden ein Tandem, das das Sonnenspektrum sehr effizient in Energie umwandeln kann.«

Bisher eingesetzte Perowskite haben den Nachteil, dass sie bei Hitze und Feuchtigkeit instabil sind und dadurch der Wirkungsgrad schnell nachlässt. Dr. Saliba optimiert die äußere Stabilität der Perowskite, indem er polymere Schutzbarrieren entwickelt hat. Die innere Stabilität wird durch das gezielte Hinzufügen anorganischer Salze erhöht.

Mit Erfolg: Es ist gelungen, eine Perowskit-Solarzelle bei 85 °C unter Vollbeleuchtung und -belastung 500 Stunden mit 95 Prozent der Anfangsleistung zu betreiben. »Das übertrifft sogar die industriellen Anforderungen und ist ein wichtiger Durchbruch auf dem Weg zur Kommerzialisierung von Perowskit-Solarzellen«, so Dr. Saliba, der einen Ausblick wagt: »Ich erwarte, dass das kostengünstige Perowskit kombiniert mit etablierten Silizium-Solarzellen die künftige Photovoltaiktechnik revolutionieren wird.«