{"id":77754,"date":"2021-12-18T02:29:00","date_gmt":"2021-12-18T01:29:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=77754"},"modified":"2021-12-17T11:30:25","modified_gmt":"2021-12-17T10:30:25","slug":"perowskit-solarzelle-mit-ultralanger-haltbarkeit","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/perowskit-solarzelle-mit-ultralanger-haltbarkeit\/","title":{"rendered":"Perowskit-Solarzelle mit ultralanger Haltbarkeit"},"content":{"rendered":"\n

Perowskite sind die Hoffnungstr\u00e4ger schlechthin f\u00fcr die Solarmodule der Zukunft. Als gr\u00f6\u00dfte H\u00fcrde f\u00fcr den praktischen Einsatz galt bislang die kurze Lebensdauer, doch dies k\u00f6nnte sich bald \u00e4ndern. <\/p>\n\n\n\n

In der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Nature Energy haben Forschende des Helmholtz Instituts Erlangen-N\u00fcrnberg des Forschungszentrum J\u00fclich eine Variante vorgestellt, die durch ihre besondere Stabilit\u00e4t hervorsticht. In Tests bei erh\u00f6hter Temperatur und Beleuchtung \u00fcber 1450 Betriebsstunden behielt die Zelle auf Perowskitbasis 99 Prozent ihres anf\u00e4nglichen Wirkungsgrads bei.<\/p>\n\n\n\n

Kennzeichnend f\u00fcr Perowskite ist eine bestimmte Kristallstruktur. Vielz\u00e4hlige Materialkombinationen aus unterschiedlichen Atomen und Molek\u00fclen sind m\u00f6glich, die teils ferroelektrische, supraleitende oder photovoltaische Eigenschaften aufweisen. Obwohl bereits seit dem fr\u00fchen 19. Jahrhundert bekannt, wurde die Materialklasse erst vor kurzer Zeit f\u00fcr die Photovoltaik entdeckt. Gerade einmal 10 Jahre Forschung waren n\u00f6tig, um den Wirkungsgrad in beispielloser Geschwindigkeit auf das Niveau konventioneller Silizium-Solarzellen anzuheben.<\/p>\n\n\n\n

Gegen\u00fcber Siliziumkristallen weisen Perowskite mehrere entscheidende Vorteile auf: Sie lassen sich einfach, kosteng\u00fcnstig und energiesparend herstellen. Die nur wenige hundert Nanometer d\u00fcnnen Schichten der Perowskit-Zellen lassen sich zudem hervorragend auf herk\u00f6mmlichen Siliziumzellen aufbringen. W\u00e4hrend die Technologie auf Siliziumbasis bereits als ausgereift gilt, bieten solche \u201eTandemsolarzellen\u201c neue M\u00f6glichkeiten, die Effizienz von Solarzellen weiter zu verbessern.<\/p>\n\n\n\n

Eine Frage der Stabilit\u00e4t<\/h5>\n\n\n\n

\u201eDie Achillesferse der Perowskit-Solarzellen ist ihre geringe Haltbarkeit\u201c, erkl\u00e4rt Prof. Christoph Brabec vom Helmholtz Institut Erlangen-N\u00fcrnberg (HI ERN) des Forschungszentrum J\u00fclich. \u201eKlassische Silizium-Module sind recht langlebig. Selbst nach mehr als 20 Jahren im praktischen Einsatz b\u00fc\u00dfen sie nur wenig von ihrer Leistungsf\u00e4higkeit ein.\u201c Solarzellen aus Perowskit verlieren dagegen meist schon nach wenigen Tagen oder Wochen an Effizienz. Fr\u00fcheren Modellen konnte man beim Altern regelrecht zuschauen: der Wirkungsgrad sank innerhalb von Sekunden oder Minuten nach dem Anschalten der Beleuchtung im Labor.<\/p>\n\n\n\n

\u201eDie Solarzelle, die wir nun in Nature Energy vorgestellt haben, besticht dagegen durch ihre au\u00dfergew\u00f6hnliche Stabilit\u00e4t. Die Werte geh\u00f6ren sicher zu den besten, die jemals f\u00fcr eine planare Perowskit-Solarzelle in einem Langzeittest gemessen wurden\u201c, so Brabec. 1450 Stunden musste die beleuchtete Zelle bei erh\u00f6hten Temperaturen um die 65 Grad Celsius im Labor \u00fcberstehen und blieb \u00fcber den gesamten Testzeitraum hinweg weitgehend stabil. Am Ende hatte sie immer noch 99 Prozent des anf\u00e4nglichen Wirkungsgrads. \u201eEine Langzeitprognose ist immer schwierig. Aber die Perowskit-Solarzelle, die wir jetzt entwickelt haben, k\u00f6nnte unter normalen Umst\u00e4nden sicherlich schon \u00fcber 20 000 Betriebsstunden betrieben werden\u201c, sch\u00e4tzt Prof. Brabec.<\/p>\n\n\n\n

Mit Hochdurchsatz zum Erfolg<\/h5>\n\n\n\n

Das Ergebnis ist kein Zufallstreffer. Auf der Suche nach dem passenden Material hatten die Forschenden hunderte verschiedene Perowskit-Mischungen mittels Hochdurchsatzmethoden systematisch auf ihre Eignung hin \u00fcberpr\u00fcft. Die besten nutzten die Forschenden anschlie\u00dfend f\u00fcr den Bau ihrer Zelle. \u201eSelbst wenn man nur auf bew\u00e4hrte Komponenten setzt, kommt man auf ungeheure Anzahl an m\u00f6glichen Zusammensetzungen, die wir mit unseren Verfahren automatisiert herstellen und pr\u00fcfen k\u00f6nnen. In anderen Untersuchungen sind es teilweise sogar noch deutlich mehr\u201c, erl\u00e4utert Dr. Yicheng Zhao, der die Untersuchungen ma\u00dfgeblich durchgef\u00fchrt hat. \u201eDaher m\u00fcssen wir systematisch vorgehen, um die besten Materialkombinationen zu identifizieren\u201c.<\/p>\n\n\n\n

\"Perowskit-Solarzellen-<\/a>
\u00a9 HI ERN \/ Kurt Fuchs | Perowskit-Solarzellen- und D\u00fcnnschicht-Proben vor einer Alterungstestkammer des Helmholtz-Instituts Erlangen-N\u00fcrnberg des Forschungszentrums J\u00fclich<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Ein weiterer wichtiger Schritt zur Optimierung betrifft die stabile Kontaktierung des Perowskits innerhalb der in mehreren d\u00fcnnen Schichten aufgebauten Zelle. Die \u00fcblicherweise als Kontakte genutzten ionischen Dotierstoffe oder metalloxidischen Nanopartikel neigen bei h\u00f6heren Temperaturen zu Sekund\u00e4rreaktionen. Diese k\u00f6nnen sogar bis zur Korrosion der Metallelektroden f\u00fchren, wie die Forschenden des HI ERN durch Messungen und rastelektronenmikroskopische Untersuchungen nachweisen konnten. Kontakt und elektrische Leitf\u00e4higkeit verschlechtern sich so schon fr\u00fchzeitig.<\/p>\n\n\n\n

\u201eUm die Stabilit\u00e4t an der Kontaktstelle zu verbessern, haben wir die gesamte Elektrode in eine Art Schutzh\u00fclle gepackt\u201c, so Zhao. Eine neue Doppelschicht-Polymer-Struktur, deren Unterseite undotiert und deren Oberseite mit einem nicht-ionischen Dotanden dotiert ist, sch\u00fctzt vor Zersetzung und sorgt daf\u00fcr, dass die Kontaktierung erhalten bleibt. Diese Architektur besch\u00fctzt auf der einen Seite die sehr sensible Grenzfl\u00e4che zum Perowskite und zeigt auf der anderen Seite eine au\u00dferordentlich stabile Leitf\u00e4higkeit, auch bei erh\u00f6hten Temperaturen.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr die Zukunft streben die Forschenden des HI ERN nun weitere Effizienzverbesserungen an. \u201eMit einem Wirkungsgrad von 20,9 Prozent reizt die getestet Zelle das Potenzial noch nicht voll aus. 24 bis 25 Prozent sollten in der nahen Zukunft m\u00f6glich sein\u201c, erkl\u00e4rt Yicheng Zhao.<\/p>\n\n\n\n

Zhao, Y., Heumueller, T., Zhang, J. et al. „A bilayer conducting polymer structure for planar perovskite solar cells with over 1,400\u2009hours operational stability at elevated temperatures“ | Nat Energy (published online 16 December 2021). DOI: 10.1038\/s41560-021-00953-z<\/a><\/p>\n\n\n

Quelle<\/h5>\r\n\n\n\n

Forschungszentrum J\u00fclich 2021<\/a><\/p>\n

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