In den letzten Jahren hat die Solarenergie einen massiven Aufschwung erlebt und ist mittlerweile weit verbreitet und gilt als sehr gute und umweltfreundliche Alternative zu nicht erneuerbaren Energiequellen. Trotz vieler Forschungen und Fortschritte konnten wir bisher den Großteil der uns zur Verfügung stehenden Solarenergie nicht nutzen. Der Grund ist, dass unsere Solarzellen nicht effizient genug sind. Tatsächlich liegt der Wirkungsgrad der besten Solarzellen lediglich bei 25%.

Ein reichliches Mineral namens Perowskit wurde durch frühere Forschungsarbeiten als mögliche Lösung für die schlechte Leistung von Solarzellen angedeutet, aber es war im Moment nur ein Stück Theorie. Nun hat ein Team von Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der Stanford University die Theorie in die Tat umgesetzt, indem es Tandem-Silizium-Perowskit-Zwei-in-Eins-Solarzellen konstruierte.

Tandemsolarzellen, die manchmal als Mehrfachsolarzellen bezeichnet werden, bestehen aus mehr als einem Halbleitermaterial. Sie haben das Potenzial, die Effizienz von Solarzellen erheblich zu steigern, aber ihre Verwendung war aufgrund der hohen Kosten und Herstellungskomplikationen sehr begrenzt. Das Team konzentrierte sich besonders auf diese Entwürfe, da sie der Meinung waren, dass sie viel Raum für Verbesserungen haben.

Perovskit ist ein kristallines organometallisches Mineral, das in geologischen Lagerstätten fast auf der ganzen Welt vorkommt und auch in Labors kostengünstig hergestellt werden kann. Den Wissenschaftlern war seit Jahrzehnten bekannt, dass Perowskit lichtabsorbierende Eigenschaften und Halbleitereigenschaften aufweist, aber erst 2009 wurde er in Solarzellen eingesetzt. Der Hauptvorteil der Verwendung von Perowskit in Solarzellen besteht darin, dass er in Mikrometerdicken integriert werden kann.

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Die Tandem-Solarzellen, die durch dieses Experiment erstellt wurden, werden zur Verbesserung der Verbindung zwischen Silizium- und Perowskitschichten beitragen. Dies kann sich als vorteilhaft erweisen, um die Entwicklung verschiedener Technologien und Geräte voranzutreiben. Die Verbindungsschicht oder der Tunnelübergang besteht aus stark dotiertem Silizium vom p-Typ und n-Typ, wodurch die Energiebarriere zwischen zwei verschiedenen Schichten nahezu Null wird. Eine zusätzliche Titandioxidschicht wird hinzugefügt, damit die Elektronen aus der Perovskit-Solarzelle frei in den Tunnelübergang fließen können. Hier rekombinieren sie mit den Elektronen der Siliziumplatte.

Eine auf Perowskit und Silizium basierende Tandem-Solarzelle ist weitaus effizienter und kann einen größeren Teil der Sonnenstrahlung absorbieren, die uns zur Verfügung steht.

Darüber hinaus minimieren diese Sonnenkollektoren das Phänomen, das wir als Thermalisierung bezeichnen. Es tritt auf, wenn die Energie von Photonen als Wärme freigesetzt wird. Silizium absorbiert Photonen am besten im oberen Bereich des Solarenergiespektrums, während Perowskit Photonen aus dem unteren Infrarotbereich gut einfängt. Daher können diese spezialisierten absorbierenden Schichten Sonnenlicht effizienter in Elektrizität umwandeln als eine einzelne absorbierende Schicht.

Das Ergebnis dieses Experiments war vielversprechend. Eine Tandem-Solarzelle wies eine nahezu 50% ige Effizienzsteigerung auf. Die Forscher glauben, dass die Verfeinerung der Perowskitschicht und die Verwendung fortschrittlicherer Silizium-Solarzellen bessere Ergebnisse erzielen könnten. Bis dahin war diese Forschung ein Meilenstein in dieser Arena, da sie die Solarenergie massiv ankurbeln wird, indem die Solarzellen wesentlich effizienter werden als zuvor. Jetzt müssen wir nur noch eine Solarzelle verwenden, um die Frucht von 2 zu erreichen.

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