Perowskit Solarzellen im Vormarsch

Ein Forscherteam unter der Leitung von Chemikern der City University of Hong Kong (CityU) und des Imperial College London hat neue, hocheffiziente und stabile Perowskit-Solarzellen entwickelt. Diese bahnbrechende Erfindung dürfte die Kommerzialisierung der Perowskit-Photovoltaik-Technologie erheblich beschleunigen und eine vielversprechende Alternative zu Silizium-Solarzellen darstellen.

Herkömmliche Solarzellen werden aus Silizium hergestellt, das einen hohen Wirkungsgrad und eine gute Stabilität aufweist. Sie sind jedoch relativ teuer und stoßen an die Grenzen ihrer praktischen und wirtschaftlichen photovoltaischen Effizienz.

Perowskite gelten als die führenden Anwärter auf die Ablösung von Silizium als Material der Wahl für Solarzellen. Man erwartet, dass Perowskit-Solarzellen weniger kosten, eine niedrige Herstellungstemperatur haben sowie leicht und flexibel sind. Man kann sie als flexible Solarzellen auf Kunststofffolien drucken oder als Beschichtung von Fensterglas verwenden, um Sonnenlicht zu absorbieren, was eine breite Verwendbarkeit ermöglicht.

Perowskit Solarzellen: Probleme & Lösungen

Unter den verschiedenen Arten von Perowskit-Solarzellen haben diejenigen mit einer invertierten Konfiguration eine außergewöhnliche Stabilität gezeigt. Das macht sie daher zu guten Kandidaten, um die Lebensdauer kommerzieller Silizium-Solarzellen zu erreichen. Allerdings enthalten Perowskit-Materialien chemisch reaktive Komponenten, die sich bei hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit leicht verflüchtigen und zersetzen können. Das verkürzt die Lebensdauer der Solarzellen. Außerdem fehlte bisher eine Strategie, um den Wirkungsgrad von invertierten Perowskit-Solarzellen auf bis zu 25 % zu steigern. Denn nur so können sie mit Silizium-Solarzellen konkurrieren.

Forschende Chemiker der CityU, ließ sich von den einzigartigen Eigenschaften eines metallhaltigen Materials namens Ferrocenen inspirieren. In Zusammenarbeit mit Forschern des Imperial College fügte die Forscher Ferrocene in den Solarzellen als Grenzfläche zwischen der lichtabsorbierenden Schicht und der elektronentransportierenden Schicht ein. Und erzielten damit einen Durchbruch. „Wir sind das erste Team, dem es gelungen ist, invertierte Perowskit-Solarzellen auf einen rekordverdächtigen Wirkungsgrad von 25 % zu steigern und den von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) festgelegten Stabilitätstest zu bestehen“, so Dr. Zhu.

Effizienz weiter steigern

Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Science unter dem Titel „Organometallisch-funktionalisierte Grenzflächen für hocheffiziente invertierte Perowskit-Solarzellen“ veröffentlicht.

Die Solarzellen bestehen aus mehreren Schichten von Materialien. Die Perowskit-Schicht ist für die Lichtsammlung zuständig. Die Ferrocenmoleküle beschleunigen den Elektronentransfer von der aktiven Perowskitschicht zur Elektrode in der Elektrizitätsumwandlungsschicht und erhöhen so die Effizienz.

„Das Wichtigste an dieser Arbeit ist, dass es uns gelungen ist, hocheffiziente Perowskit-Solarzellen herzustellen, die gleichzeitig eine vielversprechende Stabilität aufweisen. Die zuverlässigen Ergebnisse bedeuten, dass die Kommerzialisierung von Perowskiten auf dem Weg ist“, so Dr. Zhu.