Die Effizienz von Solarzellen wird anhand des Prozentsatzes gemessen, den sie aus Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln, und Tandem-Solarzellen haben eine Effizienz von über 32% erreicht. Tandem-Solarzellen bestehen aus mehreren Schichten und sind technologisch anspruchsvoll zu entwickeln. Forscher an der Kaunas University of Technology (KTU) in Litauen haben zur Entwicklung einer dieser Schichten beigetragen, indem sie materialien verwendet haben, die Löcher transportieren. Das KTU-Forschungsteam hat zuvor ein Material hergestellt, das eine Monolage bildete, die von Wissenschaftlern weltweit bei der Entwicklung von Solartechnologien verweundet wurde. Die Massenproduktion der nächsten Generation von Solarzellen ist jedoch aufgrund technologischer Beschränkungen und unbeantworteter Fragen bezüglich der Materialien und der Stabilität der Zellen derzeit nicht möglich. Das Team um Prof. Steve Albrecht vom Helmholtz-Zentrum Berlin in Deutschland hat den Bau einer ultrahoch effizienten Tandem-Solarzelle erreicht. Die Tandem-Solarzelle besteht aus einem Perowskit-Solarelement auf einer Siliziumschicht und erhöht die Effizienz der Zelle durch das Erfassen von Licht aus verschiedenen Teilen des Spektrums. Tandem-Solarzellen haben das Potenzial, günstiger als herkömmliche Siliziumzellen zu sein, aber eine Massenproduktion ist noch nicht realisierbar. Eine große Herausforderung besteht darin, die Stabilität und Langlebigkeit der Zellen sicherzustellen. Die KTU-Forschungsgruppe ist spezialisiert auf die Entwicklung neuer Materialien für Solarzellen und arbeitet derzeit an einer Pilotproduktionslinie für Tandem-Silizium-Perowskit-Solarzellen. Sie erforschen auch Anwendungen der entwickelten Materialien in anderen Technologien wie LEDs.
Einführung
In den letzten Jahren wurde die Effizienz von Solarzellen intensiv erforscht. Der Prozentsatz des Sonnenlichts, das in elektrische Energie umgewandelt werden kann, ist ein entscheidender Indikator für die Leistung einer Solarzelle. Tandem-Solarzellen, die aus mehreren Schichten bestehen, haben sich als vielversprechende Technologie mit einer Effizienz von über 32% herausgestellt. Die Entwicklung und Massenproduktion dieser Zellen stellen jedoch bedeutende Herausforderungen dar. In diesem Artikel werden wir die Durchbrüche, die Forscher der Kaunas University of Technology (KTU) in Litauen erzielt haben, und die Fortschritte in der Tandem-Solarzellentechnologie untersuchen.
Tandem-Solarzellen: Ein Überblick
Tandem-Solarzellen sind ein Typ von Solarzellen, bei dem mehrere Schichten verwendet werden, um die Effizienz zu steigern. Durch die Erfassung von Licht aus verschiedenen Teilen des Spektrums können Tandem-Solarzellen im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumzellen eine höhere Umwandlungsrate erreichen.
Typischerweise bestehen Tandem-Solarzellen aus einem Perowskit-Solarelement auf einer Siliziumschicht. Diese Konfiguration ermöglicht die Absorption eines breiteren Spektrums an Lichtwellenlängen und maximiert die Energieumwandlung.
Vorteile und Potenzial von Tandem-Solarzellen
Der Einsatz von Tandem-Solarzellen bietet mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Siliziumzellen:
- Höhere Effizienz: Tandem-Solarzellen haben Effizienzen von über 32% gezeigt, was sie effizienter als herkömmliche Solarzellen macht.
- Breite spektrale Absorption: Mit ihrem mehrschichtigen Design können Tandem-Solarzellen ein breiteres Spektrum an Lichtwellenlängen erfassen und damit ihre Energieernte erhöhen.
- Potenzial für Kostensenkung: Der Herstellungsprozess für Tandem-Solarzellen hat das Potenzial, kostengünstiger als der von herkömmlichen Siliziumzellen zu sein, was zu kostengünstigeren Solartechnologien führen kann.
Aufgrund dieser Vorteile wurden erhebliche Forschungsanstrengungen darauf verwendet, die Technologie von Tandem-Solarzellen weiterzuentwickeln.
Technologische Herausforderungen bei der Entwicklung von Tandem-Solarzellen
Trotz ihrer vielversprechenden Eigenschaften gibt es mehrere Herausforderungen, die vor der Massenproduktion von Tandem-Solarzellen bewältigt werden müssen:
- Technologische Grenzen: Die Entwicklung von Tandem-Solarzellen erfordert die Synthese und Integration mehrerer Schichten, was technologische Herausforderungen in Bezug auf Materialkompatibilität und Herstellungsprozesse mit sich bringt.
- Zellstabilität und Lebensdauer: Die Gewährleistung der Stabilität und Lebensdauer von Tandem-Solarzellen ist entscheidend für ihren praktischen Einsatz. Die in den Zellen verwendeten Materialien sollten Umweltfaktoren standhalten können und über einen langen Zeitraum ihre Effizienz bewahren.
- Massenproduktion: Die Massenproduktion von Tandem-Solarzellen ist derzeit aufgrund der technologischen Komplexitäten und unbeantworteter Fragen hinsichtlich der Materialien und Herstellungsprozesse noch nicht realisierbar.
Trotz dieser Herausforderungen sind Wissenschaftler weltweit aktiv bemüht, Lösungen zu finden, um diese Grenzen zu überwinden und den Weg für den weitreichenden Einsatz von Tandem-Solarzellen zu ebnen.
Forschungsbeiträge der KTU
Forscher der Kaunas University of Technology (KTU) in Litauen haben bedeutende Beiträge zur Entwicklung von Tandem-Solarzellen geleistet. Insbesondere haben sie sich auf die Synthese und Anwendung von Materialien zur Ladungstransportierung konzentriert.
Diese Materialien sind entscheidend für den effizienten Ladungstransport innerhalb der Solarzellenstruktur und ermöglichen die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Das Forschungsteam der KTU hat zuvor ein Material synthetisiert, das eine Monoschicht bildet und von Wissenschaftlern weit verbreitet bei der Entwicklung von Solartechnologien eingesetzt wurde.
Das KTU-Forschungsteam arbeitet derzeit an einer Pilotproduktionslinie für Tandem-Silizium-Perowskit-Solarzellen. Ihre Expertise liegt in der Entwicklung neuer Materialien für Solarzellen und der Lösung von Herausforderungen im Zusammenhang mit Stabilität und langfristiger Leistung.
Erkundung weiterer Anwendungen
Neben ihrer Arbeit an Tandem-Solarzellen erforscht das KTU-Forschungsteam auch die Anwendungen der entwickelten Materialien in anderen Technologien. Ein bemerkenswerter Bereich der Erkundung ist der Einsatz dieser Materialien in der Entwicklung von LEDs.
Dies zeigt die Vielseitigkeit der von der KTU entwickelten Materialien und ihr Potenzial, zu Fortschritten in verschiedenen Bereichen der erneuerbaren Energien und Beleuchtungstechnologien beizutragen.
Schlussfolgerung
Tandem-Solarzellen sind eine vielversprechende Technologie auf dem Weg zu effizienteren und kostengünstigeren Solarzellensystemen. Forscher an der Kaunas University of Technology haben bedeutende Beiträge zur Entwicklung dieser Zellen geleistet, insbesondere bei der Synthese und Anwendung von Materialien zur Ladungstransportierung. Allerdings müssen Herausforderungen im Zusammenhang mit Massenproduktion, Stabilität und Lebensdauer bewältigt werden, um das volle Potenzial von Tandem-Solarzellen zu erschließen.
Mit fortlaufender Forschung und technologischem Fortschritt sieht die Zukunft der Solarzellen vielversprechend aus und Tandem-Solarzellen könnten eine entscheidende Rolle beim Übergang zu einer nachhaltigen Energiezukunft spielen.
