{"id":113444,"date":"2026-03-20T02:51:08","date_gmt":"2026-03-20T01:51:08","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=113444"},"modified":"2026-03-20T10:31:59","modified_gmt":"2026-03-20T09:31:59","slug":"stabilere-perowskit-solarzellen-fuer-extreme-temperaturschwankungen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/stabilere-perowskit-solarzellen-fuer-extreme-temperaturschwankungen\/","title":{"rendered":"Stabilere Perowskit-Solarzellen f\u00fcr extreme Temperaturschwankungen"},"content":{"rendered":"\n

LMU-Forschende entwickeln molekulare \u201eSto\u00dfd\u00e4mpfer\u201c gegen thermische Materialerm\u00fcdung.<\/p>\n\n\n\n

Das Team von Erkan Aydin hat eine neue Strategie vorgestellt, um Perowskit-Solarzellen widerstandsf\u00e4higer gegen extreme Temperaturschwankungen zu machen. Die Forschenden um Dr. Erkan Aydin<\/a>, Gruppenleiter am Department f\u00fcr Chemie und Pharmazie der LMU, kombinierten daf\u00fcr zwei molekulare Ans\u00e4tze.<\/p>\n\n\n\n

Ihr Ziel war, sowohl die Kornstruktur im Perowskit-Material als auch die Grenzfl\u00e4chen der Solarzelle zu stabilisieren mit besonderem Schwerpunkt auf der Verbesserung der Wechselwirkung zwischen der Perowskit-Schicht und dem darunterliegenden Substrat.<\/p>\n\n\n\n

Dadurch k\u00f6nnen die Solarzellen auch unter den f\u00fcr die erdnahe Umlaufbahn typischen extremen Temperaturwechseln sowie unter anderen widrigen Umgebungsbedingungen eine stabile Leistung aufrechterhalten. Ihre Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications<\/em> ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n\n\n\n

Eine vielversprechende, aber empfindliche Technologie<\/h4>\n\n\n\n

Zum Hintergrund: Perowskit-Solarzellen gelten als eine der vielversprechendsten Photovoltaik-Technologien der n\u00e4chsten Generation. Sie lassen sich vergleichsweise kosteng\u00fcnstig herstellen und erreichen hohe Wirkungsgrade.<\/p>\n\n\n\n

Problematisch ist jedoch ihre mechanische Stabilit\u00e4t. Gerade bei starken Temperaturschwankungen im Orbit, etwa im Bereich zwischen \u221280 und +80 Grad Celsius, k\u00f6nnen sich Materialien im Inneren der Solarzelle unterschiedlich stark ausdehnen und zusammenziehen. Dadurch entstehen mechanische Spannungen, die zu Rissen, Abl\u00f6sung oder Leistungsabfall f\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n

Solche Bedingungen treten nicht nur im Labor bei beschleunigten Alterungstests auf, sondern auch in bestimmten Einsatzumgebungen, etwa im niedrigen Erdorbit, wo Solarzellen auf Satelliten innerhalb kurzer Zeitr\u00e4ume wiederholt direkter Sonneneinstrahlung oder K\u00e4lte ausgesetzt sind. Infolgedessen k\u00f6nnen diese Temperaturextreme je nach Bauart des Raumfahrzeugs und der Umlaufbahn variieren, weshalb das Team hierf\u00fcr einen repr\u00e4sentativen Temperaturbereich ausw\u00e4hlte.<\/p>\n\n\n\n

Molekulare \u201eSto\u00dfd\u00e4mpfer\u201c f\u00fcr Solarzellen<\/h4>\n\n\n\n

Aydins Team entwickelte deshalb eine zweistufige molekulare Verst\u00e4rkungsstrategie, um besonders anf\u00e4llige Bereiche der Solarzelle gezielt zu stabilisieren.<\/p>\n\n\n\n

Zum einen integrierten die Forschenden \u03b1-Lipons\u00e4ure in die Perowskit-Schicht. Beim Herstellungsprozess polymerisieren diese Molek\u00fcle teilweise und bilden eine Art Netzwerk an den Korngrenzen des Materials. Dadurch werden Defekte reduziert; die mechanische Stabilit\u00e4t erh\u00f6ht sich.<\/p>\n\n\n\n

Zum anderen verst\u00e4rkten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Grenzfl\u00e4che zwischen Elektrodenmaterial und Perowskit-Schicht mit speziell entwickelten Molek\u00fclen. Besonders erfolgreich war ein Molek\u00fcl mit Sulfonium-Gruppe, das eine besonders starke chemische Bindung an der Grenzfl\u00e4che ausbildet. Es handelt sich um DMSLA (Dimethylsulfonium-Lipoic Acid, Dimethylsulfonium-Lipons\u00e4ure). \u201eMan kann sich diese Molek\u00fcle wie ein flexibles, verankertes Netz vorstellen\u201c, erkl\u00e4rt Aydin. \u201eSie sorgen daf\u00fcr, dass die lichtabsorbierende Perowskit-Schicht fest mit dem Substrat verbunden bleibt, sodass sie sich an Temperatur\u00e4nderungen anpassen kann, ohne dass es zu einer Abl\u00f6sung kommt.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Wirkungsgrade \u00fcber 25 Prozent<\/h4>\n\n\n\n

Die optimierten Solarzellen erreichen Wirkungsgrade von 26 Prozent, etwa 3 Prozent mehr als bei dem in der Studie verwendeten Referenzmodell. In Experimenten blieb die Leistung auch nach wiederholten extremen Temperaturzyklen weitgehend erhalten. Nach 16 Zyklen zwischen -80 und +80 Grad Celsius behielten die modifizierten Solarzellen 84 Prozent ihrer urspr\u00fcnglichen Effizienz, w\u00e4hrend Referenzzellen deutlich st\u00e4rker an Leistung verloren.<\/p>\n\n\n\n

Die Experimente zeigen zudem, dass nicht nur die Anzahl der Temperaturwechsel entscheidend ist, sondern vor allem die gesamte Dauer der thermischen Belastung. Ein Gro\u00dfteil der Materialdegradation tritt schon w\u00e4hrend der ersten Zyklen auf.<\/p>\n\n\n\n

Perspektiven f\u00fcr Raumfahrt und flexible Photovoltaik<\/h4>\n\n\n\n

Nach Ansicht der Forschenden liefern die Ergebnisse wichtige Hinweise f\u00fcr die Weiterentwicklung langlebiger Perowskit-Solarzellen. \u201eUnsere Arbeit zeigt, dass man die mechanische Stabilit\u00e4t von Perowskit-Solarzellen gezielt verbessern kann, wenn man die kritischen Grenzfl\u00e4chen und Korngrenzen im Material adressiert. Damit kommen wir der praktischen Nutzung dieser Technologie einen Schritt n\u00e4her\u201c, sagt Aydin und f\u00fcgt hinzu: \u201eAls Forschungsgruppe mit Sitz in M\u00fcnchen entwickeln wir Strategien zur Vorbereitung von Perowskit-Solarzellen f\u00fcr Weltraumanwendungen. Es werden weitere Arbeiten folgen, um ein tieferes Verst\u00e4ndnis daf\u00fcr zu gewinnen, wie sich unsere Zellen unter solch extremen Bedingungen verhalten.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Besonders interessant sei die Technologie f\u00fcr Anwendungen mit extremen Temperaturbedingungen, etwa in der Raumfahrt, bei flugf\u00e4higen Plattformen in der Stratosph\u00e4re oder in zuk\u00fcnftigen leichten Solarmodulen.<\/p>\n\n\n\n