Revolutionäre Materialforschung: Helmholtz High Impact Award für neuartige Tandem–Solarzellen
Berlin – Erneuerbare Energien sind ein wichtiger Baustein für die Energiewende. 2022 kamen in Deutschland rund 44 Prozent des heimischen Stroms aus Wind, Sonne und Co. Neben der Windkraft trägt vor allem die Photovoltaik jährlich viele Gigawatt Strom bei. Ein großer Hoffnungsträger für die Zukunft sind Solarzellen bestehend aus dem Mineral Perowskit: Sie sind günstig, effizient und könnten ohne großen Aufwand hergestellt werden. Ein multidisziplinäres Team vom Helmholtz–Zentrum Berlin und Forschungszentrum Jülich erforscht und verbessert die neuartigen Halbleiter kontinuierlich, um sie in die Anwendung zu bringen und grüne Energie bereitzustellen. Für ihren Ansatz und ihre Forschungsleistung zeichnen die Helmholtz–Gemeinschaft und der Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft die vier Wissenschaftler:innen mit dem ersten High Impact Award aus.
Derzeitige Solarzellen nutzen meistens Silizium, um Sonnenlicht in Strom umzuwandeln, können hierfür jedoch nur einen vergleichsweise geringen Teil der einfallenden Strahlung nutzen. Deutlich effizienter ist das Mineral Perowskit. Solarzellen mit einer Perowskit–Schicht können genauso viel Licht absorbieren, dabei aber bis zu 100 Mal dünner sein. Das macht sie besonders geeignet für Anwendungen auf gekrümmten Flächen, etwa als faltbare Solarzellen auf Autos oder Gebäudefassaden. Die Schichten können aus preisgünstigen Materialien hergestellt und mit wenig Energieaufwand großflächig mit industriellen Technologien gedruckt werden. Kombiniert man Silizium und Perowskit, lässt sich die Leistung sogar noch weiter steigern. Bisher stehen diese „Tandem–Solarzellen“ jedoch vor einigen Herausforderungen, die ihre breite Anwendung verhindern: So sind Perowskite noch nicht stabil genug, sie reagieren empfindlich auf Feuchtigkeit oder Hitze und zerfallen schnell. Zudem enthalten sie Blei – für eine umweltverträgliche Anwendung muss ein Ersatz her.
Steve Albrecht, Antonio Abate und Eva Unger vom Helmholtz–Zentrum Berlin sowie Michael Saliba vom Forschungszentrum Jülich kombinieren ihre Expertisen in den Bereichen Elektrotechnologie, Chemie und Physik, um diesen Herausforderungen zu begegnen. Mit ihrer Forschung leisten sie grundlegende, wegweisende Beiträge, um eine kommerzielle und umweltfreundliche Produktion von Perowskiten für die Photovoltaik und andere opto–elektronische Anwendungen zu ermöglichen. Mit großem Erfolg: Aktuelle Forschungsarbeiten des Teams zeigen, dass Perowskit–Silizium–Tandemsolarzellen bisher über 30 Prozent der Sonnenenergie in Strom umwandeln können. Die gewonnenen Daten will das Team der Wissenschaftscommunity frei zur Verfügung stellen, um die Ergebnisse transparent und vergleichbar zu machen.
Für ihren Ansatz und ihre Ergebnisse erhielten die vier Forschenden nun den ersten Helmholtz–High Impact Award. „Das Team um Steve Albrecht und Eva Unger demonstriert auf beeindruckende Weise die Stärke der Helmholtz–Gemeinschaft: Es verbindet verschiedene Disziplinen und arbeitet über Zentrumsgrenzen hinweg zusammen, um eine der größten Herausforderungen unserer Zeit anzugehen: die Energiewende. Mit ihrer einzigartigen Expertise und ihrer Innovationskraft schaffen es die vier Wissenschaftler:innen, die Spitzenforschung auf dem Gebiet der Photovoltaik entscheidend voranzubringen und zu prägen. Ich gratuliere diesem jungen internationalen Team ganz herzlich zum wohlverdienten High Impact Award“, sagt Helmholtz–Präsident Otmar D. Wiestler.
Über den Helmholtz High Impact Award
Zusammen mit dem Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft vergibt die Helmholtz–Gemeinschaft den neu etablierten „Helmholtz High Impact Award“ zum ersten Mal in diesem Jahr. Die mit 50.000 Euro dotierte Auszeichnung würdigt hoch innovative interdisziplinäre Beiträge, die eine große Herausforderung aus Wissenschaft, Wirtschaft oder Gesellschaft adressieren. Dabei geht es insbesondere um neue Ansätze, die das Potential haben, als ‚game changer‘ in einem relevanten Problemfeld zu wirken. Die Preisverleihung fand bei der diesjährigen Helmholtz Jahrestagung am 27. September statt.
Derzeitige Solarzellen nutzen meistens Silizium, um Sonnenlicht in Strom umzuwandeln, können hierfür jedoch nur einen vergleichsweise geringen Teil der einfallenden Strahlung nutzen. Deutlich effizienter ist das Mineral Perowskit. Solarzellen mit einer Perowskit–Schicht können genauso viel Licht absorbieren, dabei aber bis zu 100 Mal dünner sein. Das macht sie besonders geeignet für Anwendungen auf gekrümmten Flächen, etwa als faltbare Solarzellen auf Autos oder Gebäudefassaden. Die Schichten können aus preisgünstigen Materialien hergestellt und mit wenig Energieaufwand großflächig mit industriellen Technologien gedruckt werden. Kombiniert man Silizium und Perowskit, lässt sich die Leistung sogar noch weiter steigern. Bisher stehen diese „Tandem–Solarzellen“ jedoch vor einigen Herausforderungen, die ihre breite Anwendung verhindern: So sind Perowskite noch nicht stabil genug, sie reagieren empfindlich auf Feuchtigkeit oder Hitze und zerfallen schnell. Zudem enthalten sie Blei – für eine umweltverträgliche Anwendung muss ein Ersatz her.
Steve Albrecht, Antonio Abate und Eva Unger vom Helmholtz–Zentrum Berlin sowie Michael Saliba vom Forschungszentrum Jülich kombinieren ihre Expertisen in den Bereichen Elektrotechnologie, Chemie und Physik, um diesen Herausforderungen zu begegnen. Mit ihrer Forschung leisten sie grundlegende, wegweisende Beiträge, um eine kommerzielle und umweltfreundliche Produktion von Perowskiten für die Photovoltaik und andere opto–elektronische Anwendungen zu ermöglichen. Mit großem Erfolg: Aktuelle Forschungsarbeiten des Teams zeigen, dass Perowskit–Silizium–Tandemsolarzellen bisher über 30 Prozent der Sonnenenergie in Strom umwandeln können. Die gewonnenen Daten will das Team der Wissenschaftscommunity frei zur Verfügung stellen, um die Ergebnisse transparent und vergleichbar zu machen.
Für ihren Ansatz und ihre Ergebnisse erhielten die vier Forschenden nun den ersten Helmholtz–High Impact Award. „Das Team um Steve Albrecht und Eva Unger demonstriert auf beeindruckende Weise die Stärke der Helmholtz–Gemeinschaft: Es verbindet verschiedene Disziplinen und arbeitet über Zentrumsgrenzen hinweg zusammen, um eine der größten Herausforderungen unserer Zeit anzugehen: die Energiewende. Mit ihrer einzigartigen Expertise und ihrer Innovationskraft schaffen es die vier Wissenschaftler:innen, die Spitzenforschung auf dem Gebiet der Photovoltaik entscheidend voranzubringen und zu prägen. Ich gratuliere diesem jungen internationalen Team ganz herzlich zum wohlverdienten High Impact Award“, sagt Helmholtz–Präsident Otmar D. Wiestler.
Über den Helmholtz High Impact Award
Zusammen mit dem Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft vergibt die Helmholtz–Gemeinschaft den neu etablierten „Helmholtz High Impact Award“ zum ersten Mal in diesem Jahr. Die mit 50.000 Euro dotierte Auszeichnung würdigt hoch innovative interdisziplinäre Beiträge, die eine große Herausforderung aus Wissenschaft, Wirtschaft oder Gesellschaft adressieren. Dabei geht es insbesondere um neue Ansätze, die das Potential haben, als ‚game changer‘ in einem relevanten Problemfeld zu wirken. Die Preisverleihung fand bei der diesjährigen Helmholtz Jahrestagung am 27. September statt.
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