Die zentrale Herausforderung im Bereich der Nachhaltigkeit ist die Thematik wie wir zukünftig unsere Energie erzeugen. Fest steht, dass wir uns von den fossilen Brennstoffen so schnell wie möglich verabschieden müssen um unsere Klimaziele erreichen zu können. Dazu muss auch Berlin und damit auch der Bezirk Steglitz-Zehlendorf seinen Beitrag bringen. Dieser Beitrag kann in verschiedenen Ebenen liegen. Zum einen in der Forschung. Die Forschungsmetropole Berlin muss verstärkt einen Beitrag für die Entwicklung von modernen Energiesystemen erbringen. Dazu müssen die technischen Forschungsinstitute zielgerichtet gefördert werden. Zum anderen muss im operativen Bereich eine große Anstrengung erfolgen. Das bedeutet, wie kann in Berlin zukünftig verstärkt regenerative Energie zum Einsatz kommen. Dazu muss ein Grundverständnis bei allen Institutionen, Unternehmen und der Bevölkerung geschaffen werden.

Operationalisierung heißt damit auch, schnellstmöglich Photovoltaik, Solarthermie und Windenergie dort  zu nutzen, wo Potenziale bestehen. Der Regionalinkubator Berlin SÜDWEST will hier unterstützend ansetzen. Insbesondere im gewerblichen Bereich lassen sich viele Potenziale entdecken.

Dächer und Fassaden, Parkplätze und bisher ungenutzte Freiflächen können (und müssen zukünftig)  für die Energieerzeugung herangezogen werden.

Generell bietet sich über die Veränderung der Energieproduktion auch eine Möglichkeit zukünftiger autarker agieren zu können. Der Ukrainekrieg hat gezeigt, wie schwierig es werden kann, wenn man sich zu stark auf fossile Ressourcen aus autoritären Regimes verlässt. Die Fehler der Vergangenheit müssen daher schnellstmöglich durch intelligente, regenerative  Lösungen vor Ort beseitigt werden.

Wieder Weltrekord am HZB: Tandemsolarzelle schafft 32,5 Prozent Wirkungsgrad:

Silizium-Solarzellen, die man heute vielfach auf Gebäudedächern sieht, lassen sich physikalisch kaum noch verbessern, doch neue Materialien werfen ihre Schatten voraus. Vielversprechend sind Kombinationen aus Silizium und Perowskit. Mit ihnen kann man weiter an der Effizienzschraube drehen, sie sind preiswerter in der Herstellung und vielseitiger in der Anwendung.

Eine Forschergruppe aus dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) hat mit einer solchen Tandemsolarzelle einen neuen Effizienz-Weltrekord erzielt: 32,5 Prozent hat das Zertifizier-Institut European Solar Test Installation (ESTI) in Italien offiziell als neuen Höchstwert bestätigt. In den NREL-Charts zu Solarzelltechnologien, die vom National Renewable Energy Lab, USA, gepflegt werden, ist grafisch zu sehen, wie spektakulär der Wert ist. Er gibt an, wieviel der eingestrahlten Sonnenenergie die Zelle in elektrischen Strom umwandelt. Die Tandem-Zellen stoßen damit in Bereiche vor, die bislang nur mit teuren III/V-Halbleitern möglich waren.

Presse-Kontakt zum HZB:

 Dr. Antonia Rötger

 Tel.: +49 30 8062 4373

 email: antonia.roetger@helmholtz-berlin.de

Mehr Infos zu diesem Thema:

Der aktuelle Weltrekord von Tandemsolarzellen aus einer Silizium-Unterzelle und einer Perowskit-Topzelle liegt wieder beim HZB. Die neue Tandemsolarzelle wandelt 32,5% der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrische Energie um. Das Zertifizier-Institut European Solar Test Installation (ESTI) in Italien hat die Tandemzelle vermessen und diesen Wert offiziell bestätigt. Außerdem wurde der Wert in die NREL-Übersicht zu Solarzelltechnologien eingetragen, die vom National Renewable Energy Lab, USA, gepflegt wird.

 Das HZB konnte die Effizienz von Perowskit/Silizium- Tandemsolarzellen erneut deutlich steigern. „Dies ist ein wirklich großer Sprung nach vorne, den wir vor einigen Monaten noch nicht vorhergesehen haben. Alle beteiligten Teams am HZB, speziell die Teams aus dem PV-Kompetenzzentrum (PVcomB) und dem HySPRINT Innovation Lab, haben hier hervorragend und mit großer Hingabe zusammengearbeitet“, sagt Prof. Steve Albrecht.

Modifikationen von Grenz- und Oberflächen

 Sein Team nutzte eine verbesserte Perowskit-Verbindung und eine raffinierte Modifikation der Oberfläche. Die Postdocs Dr. Silvia Mariotti und Dr. Eike Köhnen, beides geteilte Erstautoren der Studie, haben eine Grenzflächenmodifikation entwickelt, bei der die Verluste der Ladungsrekombination weitgehend unterdrückt sind. Weiterhin haben sie spezielle analytische Messmethoden angewendet, um die grundlegenden Prozesse besser zu verstehen. Diese Entwicklungen wurden anschließend erfolgreich in Tandemsolarzellen übertragen und durch Masterstudentin Lea Zimmermann mit weiteren optischen Verbesserungen kombiniert.

 Der Erfolg war nur durch weitere technische und wissenschtliche Expert*innen möglich, die an der Herstellung und Entwicklung der Tandemzellen beteiligt waren. Durch die Kombination aller Modifikationen wurden Höchstwerte für die Photospannung (Leerlaufspannung) und der neue Rekordwert der Effizienz für diese faszinierende Tandemtechnologie erzielt.  

Rasante Fortschritte

In den letzten Jahren gab es eine kontinuierliche Steigerung der Wirkungsgradwerte durch verschiedene Forschungseinrichtungen und Photovoltaik-Firmen weltweit. Speziell die letzten Monate waren dabei sehr aufregend: Verschiedene Teams vom HZB konnten Ende 2021 einen Rekordwert von knapp unter 30% (29,8%) erzielen. Sie hatten dafür spezielle, periodische Nanotexturen in die Solarzellen eingebracht. Im Sommer dieses Jahres konnte dann die Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Schweiz, diesen Wert nochmals deutlich übertreffen und als erster weltweit die 30% Barriere, durch eine zertifizierte Tandemzelle mit 31,3% Effizienz, knacken.

 Nun liegt der Höchstwert mit 32,5% jedoch wieder am HZB. „Wir freuen uns sehr über den erneuten deutlichen Effizienzsprung. Dieser zeigt das hohe Potenzial der Perowskit/Silizium-Tandemsolarzellen, in den nächsten Jahren zu einer nachhaltigen Energieversorgung und zur Zeitenwende beizutragen“, sagt Albrecht.

 Der wissenschaftliche Geschäftsführer des HZB, Prof. Bernd Rech, betont: "Mit 32,5 Prozent ist der Solarzellenwirkungsgrad der HZB-Tandems jetzt in Bereichen, die bisher nur von teuren III/V Halbleitern erreicht wurden. In den NREL-Chart ist grafisch deutlich zu erkennen, wie spektakulär gerade die letzten beiden Steigerungen von EPFL und HZB sind."

Webseite Helmholtz-Zentrum Berlin