28.10.2021 - Kungliga Tekniska högskolan (KTH) - Royal Institute of Technology

Wissenschaftler finden einen Weg zur Stabilisierung eines vielversprechenden Materials für Solarzellen

Eines der vielversprechendsten Solarzellenmaterialien auf dem Solarenergiemarkt - Perowskit - ist auch das frustrierendste. Ein schwedisches Forscherteam berichtet über eine mögliche Lösung für die umweltbedingte Instabilität von Perowskit - einer Alternative zu Silizium, die zwar billig und hocheffizient ist, sich aber bei Feuchtigkeit drastisch verschlechtert.

Das Team von der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) in Stockholm entwickelte eine neue synthetische Legierung, die die Haltbarkeit von Perowskit-Zellen erhöht und gleichzeitig die Energieumwandlungsleistung erhält. Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Nature's Communications Materials.

"Perowskit löst sich normalerweise sofort auf, wenn es mit Wasser in Berührung kommt", sagt Mitautor James Gardner, ein Forscher an der KTH. "Wir haben bewiesen, dass unser legiertes Perowskit mehrere Minuten lang vollständig in Wasser eingetaucht überleben kann, was über 100 Mal stabiler ist als das Perowskit allein. Darüber hinaus behalten die Solarzellen, die wir aus dem Material hergestellt haben, ihre Effizienz für mehr als 100 Tage nach ihrer Herstellung bei".

Perowskite sind eine Klasse von Materialien mit einer bestimmten Kristallstruktur, benannt nach dem Mineral mit dieser Struktur. In Solarzellen haben sie das Potenzial für hohe Leistungen - mit Energieumwandlungswirkungsgraden von bis zu 25 Prozent - und vor allem für niedrige Produktionskosten gezeigt.

Allerdings sind diese Dünnschichtzellen sehr anfällig für Witterungseinflüsse, was ihre Zersetzung beschleunigt und ihre Rentabilität auf dem Solarmarkt einschränkt, auf dem praktisch alle Module auf Silizium basieren.

KTH-Forscher James Gardner sagt, dass die Arbeit seines Teams einen Schritt in Richtung der Entwicklung eines alternativen, stabileren Perskovitprodukts darstellt. Sie haben eine lichtabsorbierende Perskovit-Schicht mit einer 2D-Perskovit-Filmschicht verkapselt, die dank der Zugabe von langkettigen Alkylammonium-Ionen wasserabweisend ist.

Die Forscher berichten, dass die Energieumwandlungseffizienz der Zellen nach sechs Monaten bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 25 bis 80 Prozent um 20 Prozent gesunken ist; sie konnten einige Minuten lang vollständig in Wasser getaucht werden, bevor der Abbau einsetzte.

Gardner zufolge mindert die 2D-Perowskit-Beschichtung auch die Energieverluste im lichtabsorbierenden 3D-Perowskit, was zu einer Erhöhung der Photospannung führt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass 2D-Perowskite auf der Basis langkettiger Alkylammoniumkationen die Umweltstabilität von 3D-Perowskiten ohne signifikante Leistungseinbußen verbessern können und zu kommerziell erfolgreichen Perowskit-Solarzellen führen könnten.

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