Kürzlich hat ein Forschungsteam der School of Photovoltaic and Renewable Energy Engineering an der University of New South Wales (UNSW) einen bedeutenden Durchbruch bei der Entwicklung eines neuen Solarzellenmaterials – Antimon-Chalkogenid (Antimony chalcogenide) – erzielt. Die zertifizierte Effizienz dieser Art von Solarzellen wurde auf 10,7 % gesteigert, was einen neuen Weltrekord für dieses Material darstellt. Die zugehörigen Forschungsergebnisse wurden in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift „Nature Energy“ veröffentlicht und führten dazu, dass Antimon-Chalkogenid erstmals in die autoritative internationale „Solar Cell Efficiency Tables“ aufgenommen wurde.
Der Kern der Studie liegt in der Aufdeckung des entscheidenden chemischen Mechanismus, der die Leistung von Antimon-Chalkogenid-Zellen begrenzt. Zuvor war die Effizienz dieses Materials seit 2020 langfristig unter 10 % stagniert. Das Team fand heraus, dass das Problem in der ungleichmäßigen Verteilung der Elemente Schwefel und Selen während des Materialabscheidungsprozesses liegt, was eine „Energiebarriere“ bildet. Diese behindert den Transport der lichtgenerierten Ladungsträger erheblich und verringert die Stromerzeugungseffizienz. Um dies zu beheben, führten die Forschenden bei der Herstellung eine geringe Menge Natriumsulfid ein, wodurch die chemische Reaktion der lichtabsorbierenden Schicht erfolgreich stabilisiert wurde. Dies führte zu einer gleichmäßigeren Elementverteilung und einem reibungsloseren Ladungstransport. Nach Optimierung im Labor erreichte die Zelle eine Effizienz von 11,02 % und wurde vom australischen Forschungsinstitut CSIRO unabhängig mit 10,7 % zertifiziert.
Antimon-Chalkogenid als neuartiges Photovoltaikmaterial bietet mehrere Vorteile: Die Rohstoffe sind reichlich vorhanden und kostengünstig; es handelt sich um anorganisches Material mit hoher Stabilität; der Absorptionskoeffizient ist extrem hoch, sodass bereits eine etwa 300 Nanometer dünne Schicht ausreicht, um Sonnenlicht effektiv einzufangen; und es kann bei niedrigen Temperaturen abgeschieden werden, was eine kostengünstige Massenproduktion begünstigt. Diese Eigenschaften machen es zu einem idealen Kandidaten für eine „Top-Zelle“ in der nächsten Generation von Tandem-Solarzellen, kombiniert mit einer darunterliegenden Siliziumzelle. Darüber hinaus eignet es sich aufgrund seiner ultradünnen, halbtransparenten Beschaffenheit und einem hohen Bifazialitätsfaktor von 0,86 für zukünftige Anwendungen wie Photovoltaik-Fenster. Seine Bandlücke ist gut mit Innenraumlichtquellen abgestimmt, was ein großes Potenzial für Indoor-Photovoltaikanwendungen wie IoT-Geräte oder elektronisches Papier bietet.
Dieses Ergebnis stellt nicht nur einen neuen Effizienzrekord auf, sondern weist durch die Klärung grundlegender wissenschaftlicher Fragen bei der Materialherstellung auch den Weg für weitere Leistungsoptimierungen. Das Forschungsteam gab an, in Zukunft durch Passivierungsverfahren Materialdefekte weiter zu reduzieren, mit dem Ziel, die Effizienz kurzfristig auf 12 % zu steigern. Dieser Fortschritt könnte die Kommerzialisierung der Antimon-Chalkogenid-Solartechnologie beschleunigen und einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung effizienterer, kostengünstigerer und langlebigerer Photovoltaikprodukte der nächsten Generation leisten.
Veröffentlichungsdetails: Autor(en): Chen Qian et al., Titel: „Certified 10.7% efficiency Sb2(S,Se)3 solar cells via sodium sulfide regulated hydrothermal reaction kinetics“, erschienen in: „Nature Energy“ (2026). Zeitschrifteninfo: „Nature Energy“
