Solartechnik in die Zukunft der Perovskite führen
Eine große Herausforderung in der Photovoltaik besteht darin, leistungsstarke Solarzellen zu bauen, die kostengünstig, zuverlässig und nachhaltig sind. Perovskite – eine einzigartige Klasse von Halbleitermaterialien – sind vielversprechend, um diese Herausforderung zu meistern und leichte, flexible und erschwinglichere Solarzellen zu bauen. Sie werden als eigenständige Technologie untersucht, können aber auch mit traditionellen Technologien wie Silizium kombiniert werden. Dafür sind jedoch noch Fortschritte erforderlich, um die Bildung von Perovskiten auf mikroskopischer Ebene zu verstehen. Hier setzt das Team von LOCAL-HEAT an. Ziel des im September 2022 gestarteten Projekts ist, Einblicke in die lokalen Erwärmungs- und Kristallisationsprozesse zu gewinnen, die bei der Dünnschichtbildung von Perovskit-Werkstoffen auftreten, und diese zu kontrollieren. So sollen Perovskit-Solarzellen sowohl effizienter als auch stabiler werden. „Unsere Vision ist es, die Perovskit-Technologie aus dem Labor in die Praxis zu bringen, um saubere Energie weltweit zugänglicher und erschwinglicher zu machen“, erklärt der leitende Forscher Michael Saliba, Direktor des Instituts für Photovoltaik an der Universität Stuttgart (mit einer Doppelmitgliedschaft am Forschungszentrum Jülich), der das Projekt koordiniert. Eine der wichtigsten Errungenschaften bei LOCAL-HEAT war bisher das Erreichen einer der höchsten Leerlaufspannungen für einen Perovskit mit breiter Bandlücke, ein wichtiges Qualitätsmerkmal. Die Projektpartner haben auch die Bildung von Perovskiten in Echtzeit überwacht. So sind neue Einblicke in den Kristallisationsprozess möglich und das Forschungsteam kann ideale Bedingungen für die Herstellung hochwertiger Filme bestimmen. Eine weitere Errungenschaft des LOCAL-HEAT-Teams war die Einführung von Laserpoliertechniken, um die Oberflächenqualität der Perovskit-Schicht zu verbessern und damit die Leistung der Bauelemente zu steigern. Und schließlich haben die Forschenden, aufbauend auf ihren chemischen Kenntnissen, auch ökologisch verträgliche Lösungsmittel eingesetzt, um den Herstellungsprozess umweltfreundlicher zu gestalten.
Am Horizont
Die Forschenden von LOCAL-HEAT untersuchen derzeit, wie sich die Eigenschaften von Perovskit-Filmen nach ihrer Entstehung durch gezieltes Laserlicht lokal verändern lassen. So könnte es möglich sein, die Leistung von Solarzellen auf kontrollierte und skalierbare Weise fein abzustimmen. Gleichzeitig wenden sie die In-situ-Werkzeuge auf andere Perovskit-Zusammensetzungen und Gerätearchitekturen an, um die Anwendbarkeit der Forschungsergebnisse zu erweitern. Bis 2027 wird das Projektteam ein umfassendes Verständnis der Perovskit-Kristallisation erlangen und wissen, wie diese Prozesse gesteuert werden können, um Leistung und Stabilität zu verbessern. „Dieses Wissen wird für die Unterstützung der industriellen Produktion von entscheidender Bedeutung sein, insbesondere für großflächige Solarmodule, die auf einer einzigen oder sogar mehreren Perovskit-Schichten basieren“, erklärt Saliba. „Unsere Entwicklungen – einschließlich umweltfreundlicher Lösungsmittelsysteme, In-situ-Diagnosewerkzeuge und laserbasierter Oberflächenmodifikationen – werden einen umfassenden Werkzeugkasten für Forschende und Hersteller darstellen.“ Das Ziel bei LOCAL-HEAT (Controlled Local Heating to Crystallize Solution-based Semiconductors for Next-Generation Solar Cells and Optoelectronics) ist jetzt, nicht nur den wissenschaftlichen Fortschritt, sondern auch die Kommerzialisierung der nächsten Generation von Perovskit-Solartechnologien zu beschleunigen, indem grundlegende Erkenntnisse mit skalierbaren Methoden verbunden werden. Wenn Sie an einer Vorstellung Ihres Projekts als „Projekt des Monats“ in einer der nächsten Ausgaben interessiert sind, schreiben Sie uns bitte eine E-Mail an editorial@cordis.europa.eu und sagen Sie uns, warum!