Die kommerziellen Photovoltaiktechnologien sind bei den weltweit installierten Leistungen im Terawatt-Bereich (TW) angekommen. In den nächsten Jahren wird weiter ein sehr großer Bedarf an Photovoltaiksystemen bestehen. Dies erfordert skalierbare, kostengünstige und nachhaltige Technologien für die Deckung der stetig wachsenden Nachfrage.
Aktuell ist Silizium das vorherrschende Material für Solarzellen in Photovoltaikanlagen. Allerdings gibt es Grenzen bezüglich des Wirkungsgrads dieser Zellen. Diese Grenzen können durch den Einsatz von neuartigen Solararchitekturen überwunden werden, die aus verschiedenen Absorbermaterialien, d. h. Materialien, die das Sonnenlicht absorbieren, bestehen. Jedes Material ist darauf ausgelegt, einen bestimmten Teil des Spektrums der Sonnenstrahlung zu absorbieren: entweder kurzwelliges oder langwelliges Licht. So kann das komplette Spektrum des Sonnenlichts besser ausgenutzt und der Wirkungsgrad der Solarzelle erhöht werden. Die Kombination zweier oder mehrerer Solarzellen unterschiedlicher Materialien miteinander ergibt sogenannte Tandem-Solarzellen.
HIPOLE Jena widmet sich in diesem Zusammenhang den Perowskit-Solarzellen. Der Name „Perowskit“ bezeichnet eine Materialklasse, die nach einer charakteristischen Kristallstruktur benannt ist. Sie kann aus unterschiedlichsten chemischen Elementen bestehen.
Aktuell liegt der Fokus darauf, die Zusammensetzung des Perowskit-Absorbers zu optimieren. So lassen sich die Absorptionsbereiche von Silizium ergänzen und gleichzeitig eine außerordentlich hohe natürliche Stabilität erreichen.
Besonders wichtig sind dabei Materialien, die sich großflächig auftragen lassen und sowohl selektive als auch stabile Schichten an den Grenzflächen ausbilden. In diesem Zusammenhang sind vor allem Polymere eine sehr interessante Materialklasse. Bei der skalierten Verarbeitung können polymere Zusätze zu sogenannten Vorläufertinten die Fließeigenschaften (Rheologie) der Vorläuferlösungen sowie die Kristallisationsdynamik beeinflussen. Das kann dazu führen, dass die dünnen Schichten aus Perowskit-Material gleichmäßiger, stabiler und qualitativ hochwertiger werden.
Ein weiteres Anwendungsgebiet von Polymeren in der Photovoltaik liegt in der Verkapselung der fertigen Module und Zellen. Damit ist die Beschichtung der Solarzellen mit einem Schutzmaterial gemeint. Bei Perowskit-Solarzellen muss es wahrscheinlich sowohl als Barriere gegen äußere Einflüsse wie Feuchtigkeit und mechanische Beanspruchung als auch gegen das Entweichen möglicher Abbauprodukte wie giftiger Bestandteile wie Blei wirken.
HIPOLE Jena bietet eine einzigartige Gelegenheit, die Forschungsumgebungen des HZB und der FSU Jena zusammenzubringen. Damit lassen sich hochleistungsfähige ein- und mehrschichtige Perowskit-Bauelemente auf kleinen und großen Flächen herstellen, die auf dem Design und der Synthese von funktionalen Polymeren basieren.