Game-Changer in der Entwicklung von Perowskit-Solarzellen
Forschende der City University of Hong Kong (CityU) sprechen von einem Durchbruch – die Kommerzialisierung von Perowskit-Solarzellen scheint in greifbare Nähe zu rücken. Denn dem Forschungsteam ist es gelungen, das Problem der thermischen Instabilität zu lösen.
Innovative Solarzellen sind unverzichtbar für die Energiewende. Perowskit könnte jetzt an Bedeutung gewinnen.
Foto: welcomia/panthermedia.net
Photovoltaik wird voraussichtlich einen wesentlichen Anteil an der Energiewende übernehmen. Das wird umso besser funktionieren, je schneller der technologische Fortschritt vorangeht. Das hat eine Studie kürzlich nahegelegt. Wie gut, dass Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen jetzt eine weitere Erfolgsmeldung bekannt geben: Sie haben Perowskit-Solarzellen modifiziert und sind davon überzeugt, dass ihre Innovation einen entscheidenden Beitrag leisten könnte, um diesem Modul-Typ zum Durchbruch zu verhelfen.
Perowskit-Solarzellen behalten einen hohen Wirkungsgrad
Perowskit-Solarzellen sind eine große Hoffnung für die Energiewende. Sie sind sehr effizient bei der Umwandlung der Solarenergie, allerdings ist ihre thermische Stabilität nicht besonders hoch. Anders gesagt: Sie neigen dazu, bei hohen Temperaturen nicht mehr gut zu funktionieren. Das Team an der CityU hat deswegen jetzt eine Art selbstorganisierender Monoschicht, kurz SAM, entwickelt und sie als Ladungsextraktionsschicht auf einer Nickeloxidoberfläche verankert. „Unser Ansatz hat die thermische Robustheit der Zellen dramatisch verbessert“, sagt Zhu Zonglong vom Fachbereich Chemie der CityU. Sollte sich diese Innovation bewähren, wäre womöglich eine große Hürde für den kommerziellen Einsatz der Perowskit-Solarzellen genommen.
Die Zahlen, die das Forschungsteam veröffentlicht hat, geben jedenfalls Anlass zum Optimismus: „Durch die Einführung einer thermisch robusten Ladungsextraktionsschicht behalten unsere verbesserten Zellen mehr als 90 Prozent ihres Wirkungsgrades bei und erreichen einen beeindruckenden Wirkungsgrad von 25,6 Prozent, selbst wenn sie über 1.000 Stunden lang bei hohen Temperaturen von etwa 65 Grad Celsius betrieben werden“, sagt Zhu Zonglong. Aus seiner Sicht ist das ein Meilenstein.
Besonderer Hitzeschutz für die Perowskit-Solarzellen
Für ihre Forschung haben sich die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen auf die selbstorganisierende Monoschicht konzentriert, die ein wesentlichen Bestandteil dieser Zellen ist. „Wir haben entdeckt, dass die chemischen Bindungen innerhalb der SAM-Moleküle bei hohen Temperaturen brechen können, was sich negativ auf die Leistung der Geräte auswirkt“, erklärt der Chemiker. Also haben und sein Team der SAM-Schicht, vereinfacht gesagt, eine hitzebeständige Panzerung hinzugefügt. Genau genommen handelt es sich dabei um eine Schicht aus inhärent stabilen Nickeloxid-Nanopartikeln, auf der sie die SAM verankert haben. Dadurch wurde die Bindungsenergie des SAM auf dem Substrat erhöht. Zusätzlich synthetisierten sie ein neues SAM-Molekül, das eine effizientere Ladungsextraktion in Perowskit-Bauelementen ermöglicht.
Perowskit-Solarzellen gelten ohnehin als potenzielle Lösung der Zukunft. Denn sie lassen sich günstig herstellen und haben einen hohen Wirkungsgrad. Dass sie bislang noch nicht in großem Stil auf dem Markt verfügbar sind, liegt vor allem an ihrer Empfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen: Neben Feuchtigkeit macht ihnen Hitze zu schaffen. Dieses Problem könnte mit der Neuentwicklung aus Hongkong womöglich gelöst sein. Davon ist zumindest Zhu Zonglong überzeugt. „Diese Technologie könnte, sobald sie vollständig kommerzialisiert ist, dazu beitragen, unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und einen wesentlichen Beitrag zur Bekämpfung der globalen Klimakrise leisten.“
Aus seiner Sicht wäre es künftig möglich, die Anwendungsgrenzen der Perowskit-Zellen auszuweiten, und zwar auf Klimazonen, in denen hohe Umgebungstemperaturen das bisher unmöglich machten.
Perowskit als Hoffnungsträger
Mit dieser Innovation dürften Perowskit-Solarzellen noch weiter in den Fokus rücken. Erst vor wenigen Wochen hatte sich Bill Gates entschlossen, in ein Start-up zu investieren, das auf die Weiterentwicklung von Solarzellen aus Perowskit und Silizium spezialisiert ist. Gerade diese Kombination verspricht neue Höhen, was die Wirkungsgrade betrifft. Das haben unter anderem Forschende aus der Schweiz gezeigt.
Für die Energiewende sind die neuen Forschungsergebnisse also eine gute Nachricht.
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