Labor erzielt große Fortschritte in der Stabilität perowskit-Solarzellen

BerlinEine Studie der Rice University hat eine verbesserte Methode zur Stabilisierung von Perowskit-Solarzellen entwickelt. Diese Solarzellen verwenden Formamidinium-Blei-Iodid (FAPbI3)-Kristalle, die ihre Effizienz steigern. Die Ergebnisse wurden in der heutigen Ausgabe von Science veröffentlicht. Die Forscher fanden heraus, wie man diese Kristalle in stabile, hochwertige Filme umwandeln kann, die in Solarmodulen verwendet werden können.

Wichtige Erkenntnisse der Studie:

• Verbesserte Stabilität von FAPbI3-Solarzellen, deren Effizienz über 1.000 Stunden bei 85 Grad Celsius (185 Fahrenheit) um weniger als 3 % abnimmt.
• Entwicklung von vier verschiedenen 2D-Perowskiten als Vorlagen.
• Höhere Qualität und Effizienz der mit 2D-Kristallen strukturierten FAPbI3-Filme.
• Die Stabilität der mit 2D-Vorlagen versehenen Solarzellen wurde durch eine zusätzliche Kapselschicht weiter erhöht.

Der Ingenieur Aditya Mohite von der Rice University führte das Team an und bezeichnete die Entwicklung als einen bedeutenden Fortschritt. Die zweidimensionalen Perowskite stabilisieren das FAPbI3-Material und verbessern die Bildung und Qualität der FAPbI3-Kristalle. Darüber hinaus sind die Solarzellen jetzt widerstandsfähiger gegen Schäden im Laufe der Zeit.

Isaac Metcalf, ein Doktorand und Hauptautor, erklärte, dass Perowskit-Kristalle sowohl chemisch als auch strukturell zerfallen. FAPbI3 ist strukturell nicht so stabil, jedoch sind 2D-Perowskite in beiden Hinsichten stabiler. Die Nutzung von 2D-Perowskiten als Leitstrukturen hilft dabei, FAPbI3 stabil und effizient zu halten.

Das Forschungsteam testete vier verschiedene Arten von zweidimensionalen Perowskiten. Zwei davon hatten eine ähnliche Oberflächenstruktur wie FAPbI3. Diese gut passenden 2D-Kristalle erleichterten die Bildung von hochqualitativen Filmen aus FAPbI3. Die Filme wiesen weniger innere Unordnung auf und reagierten besser auf Licht, was zu einer höheren Effizienz führte.

Mit Hilfe von 2D-Schablonen hielten Solarzellen länger und arbeiteten effizienter. Ohne diese Schablonen versagten die Zellen nach zwei Tagen. Mit den Schablonen funktionierten sie über 20 Tage hinweg zuverlässig. Eine zusätzliche Schutzschicht machte sie noch stabiler.

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Diese Verbesserungen könnten die Herstellungskosten von Solarpaneelen senken und leichtere sowie flexiblere Designs ermöglichen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Solarmodulen aus Silizium können Perowskit-Filme bei niedrigen Temperaturen verarbeitet werden. Das bedeutet, dass Solarpaneele auf Plastik- oder flexiblen Oberflächen hergestellt werden können, was zusätzlich Geld sparen könnte.

Silizium ist das am häufigsten verwendete Material für Solarzellen, benötigt jedoch viele Ressourcen für die Herstellung. Perowskite hingegen haben ihre Effizienz von 3,9 % im Jahr 2009 auf über 26 % heute verbessert. Die Produktion hochwertiger Perowskit-Solarzellen ist kostengünstiger und erfordert weniger Energie im Vergleich zu Silizium-Zellen.

Der Umstieg auf saubere Energie ist bedeutend. Laut der UNO gehört Solarenergie zu den bevorzugten Alternativen zu fossilen Brennstoffen. Fortgeschrittene Solartechnologien sind notwendig, um den Ausstoß von Treibhausgasen bis 2030 zu verringern. Zudem ist es wichtig, bis 2050 die Kohlenstoffemissionen auf null zu senken.

Chefingenieur Aditya Mohite betont die große Bedeutung der Solarenergie. Fortschritte bei Solarmodulen werden auf umweltfreundliche Stromquellen angewiesen sein. Dies wird auch anderen Branchen wie der chemischen Industrie zugutekommen.

Die Forschung wurde durch verschiedene Geldgeber, darunter das U.S. Department of Energy und die National Science Foundation, unterstützt. Wissenschaftler aus verschiedenen Institutionen in den USA und anderen Ländern arbeiteten gemeinsam an dieser Studie. Ihr gemeinsamer Einsatz war entscheidend für den erzielten Fortschritt.

Diese Entdeckung bringt uns dem Verkauf von Perowskit-Solarzellen näher.