Forscher verbessern Solarzellenleistung und -lebensdauer mit neuer molekularer Behandlung durch HKUST entdeckt

BerlinForscher an der Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) haben eine neue Methode entdeckt, um Perowskit-Solarzellen leistungsfähiger und langlebiger zu machen. Mithilfe einer speziellen Behandlung mit Aminosilankomponenten konnten sie die Qualität und Effizienz der Zellen erheblich steigern.

Perowskit-Solarzellen: Effizient aber herausfordernd

Perowskit-Solarzellen repräsentieren eine innovative Technologie zur Umwandlung von Sonnenlicht in Strom. Im Unterschied zu den herkömmlichen Silizium-basierten Solarzellen können Perowskit-Zellen durch ihre spezielle Kristallstruktur Licht effizienter absorbieren und umwandeln. Allerdings haben sie oft Probleme mit der Stabilität und verschiedenen Defekten. Das Team der HKUST hat an einem Verfahren namens Passivierung gearbeitet, das diese Defekte behebt und das Material stabiler macht.

Die wichtigsten Erkenntnisse ihrer Studie umfassen:

• Die Verwendung von Molekülen der Amino-Silan-Familie zur Passivierung.
• Verbesserte Photolumineszenz-Quantenausbeute (PLQY), was auf weniger Materialdefekte hinweist.
• Hohe Leerlaufspannung und Effizienz über verschiedene Bandlücken hinweg.
• Erhebliche Langlebigkeit, mit hoher Leistungsfähigkeit auch nach 1.500 Stunden Tests.

Das Team entdeckte, dass der Einsatz verschiedener Arten von Aminen (primäre, sekundäre und tertiäre) und deren Mischungen die Qualität von Perowskit-Filmen erheblich verbessert. Sie nutzten sowohl "ex-situ"- als auch "in-situ"-Methoden, um die Interaktion dieser Moleküle mit Perowskiten zu untersuchen und identifizierten, welche die PLQY am besten steigern. Kurz gesagt: Weniger Defekte führen zu höherer Effizienz und Langlebigkeit.

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Diese neue Passivierungsmethode verbessert nicht nur die Leistung, sondern lässt sich auch nahtlos in bestehende Fertigungsprozesse integrieren. Sie ähnelt dem bekannten HMDS-Primingprozess in der Halbleiterherstellung, was darauf hindeutet, dass sie problemlos für die Massenproduktion geeignet ist.

Benchmark-Tests haben gezeigt, dass ihre Ergebnisse zu den besten gehören, mit hohen Leerlaufspannungen und geringen Photospannungsverlusten. Ihre leistungsstärksten Zellen behielten auch nach langen Alterungstests eine hohe Effizienz und Energiewandlung bei. Das ist entscheidend, weil die Aufrechterhaltung der Effizienz über die Zeit für den kommerziellen Erfolg unerlässlich ist.

Diese Methode könnte zur Herstellung fortschrittlicher Tandem-Solarzellen beitragen. Durch mehrere Schichten wird mehr Sonnenlicht aufgenommen. Die Behandlung mit Aminosilanen kann diese Zellen stabiler und effizienter machen, wodurch sie leichter flächendeckend einsetzbar werden.

Die Zusammenarbeit des Teams mit Experten der Universitäten Oxford und Sheffield verleiht ihren Ergebnissen zusätzliche Bedeutung und Nutzen. Diese Entdeckung könnte zu leistungsfähigeren und kostengünstigeren Perowskit-Solarzellen führen, was die Technologie der erneuerbaren Energien erheblich verbessern würde.