{"id":88603,"date":"2023-01-28T02:20:00","date_gmt":"2023-01-28T01:20:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=88603"},"modified":"2023-01-27T17:00:42","modified_gmt":"2023-01-27T16:00:42","slug":"stabilitaet-von-perowskit-solarzellen-erreicht-den-naechsten-meilenstein","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/stabilitaet-von-perowskit-solarzellen-erreicht-den-naechsten-meilenstein\/","title":{"rendered":"Stabilit\u00e4t von Perowskit-Solarzellen erreicht den n\u00e4chsten Meilenstein"},"content":{"rendered":"\n
Perowskit-Halbleiter versprechen hocheffiziente und preisg\u00fcnstige Solarzellen. Allerdings reagiert das halborganische Material sehr empfindlich auf Temperaturunterschiede, was im normalen Au\u00dfeneinsatz rasch zu Erm\u00fcdungssch\u00e4den f\u00fchren kann. <\/p>\n\n\n\n
Gibt man jedoch eine dipolare Polymerverbindung zur Vorl\u00e4uferl\u00f6sung des Perowskits hinzu, verbessert sich die Stabilit\u00e4t enorm. Dies zeigt nun ein internationales Team unter der Leitung von Antonio Abate, HZB, im Fachjournal Science. Die so hergestellten Solarzellen erreichen Wirkungsgrade von deutlich \u00fcber 24 Prozent, die selbst bei dramatischen Temperaturschwankungen zwischen -60 und +80 Grad Celsius \u00fcber hundert Zyklen kaum sinken. Das entspricht etwa einem Jahr im Au\u00dfeneinsatz.<\/p>\n\n\n\n
Die Materialklasse der Halogenid-Perowskite k\u00f6nnte Solarstrom noch effizienter und zu noch geringeren Kosten erm\u00f6glichen. Die Materialien sind sehr g\u00fcnstig, lassen sich mit minimalem Energieaufwand zu d\u00fcnnen Schichten verarbeiten und erreichen bereits Wirkungsgrade, die deutlich \u00fcber denen herk\u00f6mmlicher Silizium-Solarzellen liegen.<\/p>\n\n\n\n
Das Ziel: 20 Jahre im Au\u00dfeneinsatz<\/h5>\n\n\n\n
Von Solarmodulen wird jedoch erwartet, dass sie unter Freilandbedingungen mindestens 20 Jahre lang eine stabile Leistung erbringen. Dabei m\u00fcssen sie gro\u00dfe Temperaturschwankungen aushalten. Silizium-Module schaffen das problemlos, w\u00e4hrend die halborganischen Perowskite recht schnell an Leistung verlieren. \u201eSonnenlicht kann das Innere einer PV-Zelle rasch auf 80 Grad Celsius aufheizen; im Dunkeln k\u00fchlt die Zelle dann sofort wieder auf Au\u00dfentemperatur ab. Das l\u00f6st gro\u00dfe mechanische Spannungen in der D\u00fcnnschicht aus Perowskit-Mikrokristallen aus, die zu Defekten und sogar zu lokalen Phasen\u00fcberg\u00e4ngen f\u00fchren, so dass die Solarzelle an Qualit\u00e4t verliert“, erkl\u00e4rt Prof. Antonio Abate, der am HZB eine gro\u00dfe Gruppe leitet.<\/p>\n\n\n\n
Chemische Variationen<\/h5>\n\n\n\n
Gemeinsam mit seinem Team und internationalen Partnern hat er eine chemische Variante untersucht, die die Stabilit\u00e4t der Perowskit-D\u00fcnnschicht in verschiedenen Solarzellenarchitekturen deutlich verbessert. Besonders ausgepr\u00e4gt war die Verbesserung in der so genannten p-i-n-Architektur, die normalerweise etwas weniger effizient ist als die h\u00e4ufiger verwendete n-i-p-Architektur.<\/p>\n\n\n\n
Ein Polster gegen Stress<\/h5>\n\n\n\n
\u201eWir haben die Bauelementstruktur und die Prozessparameter optimiert, wobei wir auf fr\u00fchere Ergebnisse aufbauen konnten. So gelang uns schlie\u00dflich eine entscheidende Verbesserung mit b-Poly(1,1-difluorethylen) oder kurz b-pV2F“, sagt Guixiang Li, der unter der Leitung von Prof. Abate promoviert. b-pV2F-Molek\u00fcle \u00e4hneln einer Zickzackkette, die mit alternierenden Dipolen besetzt ist. \u201eDieses Polymer scheint sich wie eine weiche Schale um die einzelnen Perowskit-Mikrokristalle in der d\u00fcnnen Schicht zu legen und bildet eine Art Polster gegen thermomechanische Belastungen „, erkl\u00e4rt Abate.<\/p>\n\n\n\n
Tats\u00e4chlich zeigen Aufnahmen unter dem Rasterelektronenmikroskop, dass sich die winzigen K\u00f6rnchen in den Zellen mit b-pV2F enger aneinander schmiegen. \u201eAu\u00dferdem verbessert die Dipolkette von b-pV2F den Transport von Ladungstr\u00e4gern und erh\u00f6ht damit die Effizienz der Zelle“, sagt Abate. Tats\u00e4chlich konnte die Gruppe im Laborma\u00dfstab Zellen mit einem Wirkungsgrad von bis zu 24,6 % herstellen, ein Rekord f\u00fcr die p-i-n-Architektur !<\/p>\n\n\n\n
Ein Jahr Au\u00dfeneinsatz unter extremen Belastungen!<\/h5>\n\n\n\n
Die so hergestellten Solarzellen mussten einen harten Test durchlaufen: mehr als hundert Zyklen zwischen +80 Celsius und -60 Celsius und 1000 Stunden kontinuierlicher 1-Sonnen-\u00c4quivalent-Beleuchtung mussten sie aushalten. Das entspricht etwa einem Jahr Au\u00dfeneinsatz. \u201eSelbst unter diesen extremen Belastungen erreichten sie am Ende noch einen Wirkungsgrad von 96 %“, betont Abate. Das liegt schon in der richtigen Gr\u00f6\u00dfenordnung. Wenn es nun gelingt, die Verluste noch ein wenig zu reduzieren, k\u00f6nnten Perowskit-Solarmodule auch nach 20 Jahren noch einen Gro\u00dfteil ihrer urspr\u00fcnglichen Leistung erbringen – dieses Ziel r\u00fcckt nun in greifbare N\u00e4he.<\/p>\n\n\n\n