Ein bedeutender Durchbruch in der Solartechnologie der nächsten Generation wurde von Forschergruppen der Waseda-Universität und der Toin-Universität Yokohama bekannt gegeben. Ihnen ist es gelungen, eine „Up-Konversions-Perowskit-Solarzelle“ zu entwickeln, die den nahinfraroten (NIR) Bereich des Sonnenspektrums effektiv nutzen kann, der von herkömmlichen photovoltaischen Materialien typischerweise nicht geerntet wird.
Dieses innovative Design überwindet eine zentrale Einschränkung der Solarenergieumwandlung, die oft durch das Shockley-Queisser-Limit bestimmt wird, indem es einen ausgefeilten Up-Konversionsmechanismus einsetzt. Die Forscher fixierten einen organischen Farbstoff namens Indocyaningrün (ICG), der für seine starke Absorption von nahinfrarotem Licht bekannt ist, auf der Oberfläche von spezialisierten seltene-Erden-Ionen-enthaltenden Nanopartikeln.
Der Mechanismus funktioniert wie folgt: Der Farbstoff Indocyaningrün fängt schwache nahinfrarote Photonen (Licht mit niedriger Energie) ein. Diese Energie wird dann auf die seltene-Erden-Ionen-enthaltenden Nanopartikel übertragen, die die Energie gemeinsam als höherenergetisches sichtbares Licht wieder emittieren. Die Perowskit-Schicht der Solarzelle kann dieses neu umgewandelte sichtbare Licht anschließend effizient absorbieren. Dies ist ein entscheidender Schritt, um einen größeren Teil des Sonnenspektrums zu nutzen.
Die mit diesem Prototyp erzielten Leistungskennzahlen sind für praktische Anwendungen äußerst vielversprechend. Die Zelle zeigte eine Leerlaufspannung ($V_{\text{oc}}$) von nahe 1.2 volts und erreichte einen Wirkungsgrad der Leistungsumwandlung von über 16 percent. Durch die Nutzung der bislang ungenutzten nahinfraroten Energie dürfte diese Entwicklung die Kommerzialisierung von Solarzellen der nächsten Generation beschleunigen und langfristig zu deutlich höheren Wirkungsgraden führen, insbesondere bei der Integration in Tandemzellen-Architekturen.
