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Neue Materialien zur Verbesserung der Leistung von Perowskitsolarzellen

11.01.2019

blickpixel; pixabay.com; CC0

Solarzellen, Symbolbild

Neue Forschungen könnten zur Entwicklung neuer Materialien führen, um die Leistung von Perowskitsolarzellen (PSCs) zu verbessern.

Perowskit-Solarzellen sind eine aufstrebende Photovoltaik-Technologie, die einen bemerkenswerten Anstieg der Energieumwandlungseffizienz auf über 20 Prozent verzeichnet hat.

Die Leistung von PSC ist jedoch beeinträchtigt, da das Perowskitmaterial Ionenfehler enthält, die sich im Laufe eines Arbeitstages bewegen können. Wenn sich diese Defekte bewegen, beeinflussen sie die innere elektrische Umgebung innerhalb der Zelle.

Das Perowskit-Material ist dafür verantwortlich, Licht zu absorbieren, um elektronische Ladung zu erzeugen, und auch, um die Ladung in eine externe Schaltung zu extrahieren, bevor sie an einen Prozess namens "Rekombination" verloren geht.

Der Großteil der schädlichen Rekombination kann an verschiedenen Stellen innerhalb der Solarzelle auftreten. In einigen Konstruktionen tritt es überwiegend innerhalb des Perowskits auf, während es in anderen an den Rändern des Perowskits auftritt, wo es mit den angrenzenden Materialien, den sogenannten Transportschichten, in Kontakt kommt.

Forscher der Universitäten Portsmouth, Southampton und Bath haben nun eine Möglichkeit entwickelt, die Eigenschaften der Transportschichten anzupassen, um die Ionendefekte im Perowskit so zu bewegen, dass sie die Rekombination unterdrücken und zu einer effizienteren Ladungsentnahme führen - und damit den Anteil der Lichtenergie, der auf die Oberfläche der Zelle fällt, die letztlich genutzt werden kann, erhöhen.

Dr. Jamie Foster von der University of Portsmouth, die an der Studie beteiligt war, sagte: "Sorgfältiges Zelldesign kann die ionischen Defekte manipulieren, um sich in Regionen zu bewegen, in denen sie die Extraktion elektronischer Ladungen verbessern und damit die Nutzleistung einer Zelle erhöhen."

Die in der Zeitschrift Energy and Environmental Science veröffentlichte Studie zeigte, dass die Leistung von PSCs stark von der Permittivität (dem Maß für die Fähigkeit eines Materials, ein elektrisches Feld zu speichern) und der effektiven Dotierungsdichte der Transportschichten abhängig ist.

sagte Dr. Foster: "Das Verständnis, wie und welche Eigenschaften der Transportschicht die Zellleistung beeinflussen, ist entscheidend für das Design von Zellarchitekturen, um die größtmögliche Leistung bei minimaler Degradation zu erzielen.

"Wir haben festgestellt, dass die Ionenbewegung eine wichtige Rolle bei der stationären Geräteleistung spielt, da sie die ionische Ladung und die Bandbiegung in schmalen Schichten an den Schnittstellen zwischen Perowskit und Transportschichten ansammelt. Die Verteilung des elektrischen Potentials ist entscheidend für das transiente und stationäre Verhalten einer Zelle.

"Darüber hinaus schlagen wir vor, dass die Dotierungsdichte und/oder die Permittivitäten jeder Transportschicht angepasst werden können, um Verluste durch Grenzflächenrekombination zu reduzieren. Sobald dies und der Tarifbegrenzungsladungsträger identifiziert wurden, stellt unsere Arbeit ein systematisches Werkzeug zur Verfügung, um die Eigenschaften der Transportschicht zu optimieren und die Leistung zu verbessern."

Die Forscher schlagen auch vor, dass PSCs, die mit Transportschichten mit niedriger Permittivität und Doping hergestellt werden, stabiler sind als solche mit hoher Permittivität und Doping. Dies liegt daran, dass solche Zellen eine verminderte Ionenleerlaufakkumulation innerhalb der Perowskitschichten aufweisen, die mit einem chemischen Abbau an den Rändern der Perowskitschicht verbunden ist.

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