Forscher des Advanced Technology Institute (ATI) der University of Surrey haben einen bedeutenden Durchbruch bei der Produktion von günstigeren und leichteren Perowskit-Solarzellen erzielt. Dabei bedecken sie die Zellen mit einer Nanoschicht “Tinte” aus Aluminiumoxid. Diese Beschichtung verbessert die Leistung und Stabilität der Perowskit-Solarzellen, indem sie den Energieverlust minimiert, der derzeit bei dieser Technologie auftritt. Die Forscher haben gezeigt, dass diese Nano-Oxidschicht eine gleichmäßige Beschichtung des Perowskit-Materials ermöglicht und dadurch die Ausgabe des Geräts verbessert wird. Diese kostengünstige Methode zur Massenproduktion von Perowskit-Solarzellen könnte dazu beitragen, dass Länder weltweit ihre Klimaneutralitätsziele schneller erreichen. Die Studie wurde in der Zeitschrift RRL Solar veröffentlicht.

Einführung

In diesem Artikel wird ein bedeutender Durchbruch in der Produktion von Perowskit-Solarzellen diskutiert, den Forscher am Advanced Technology Institute der University of Surrey erreicht haben. Durch das Beschichten dieser Solarzellen mit einer nanoskaligen Aluminiumoxid-“Tinte” haben die Forscher die Leistung und Stabilität verbessert und damit eine aktuelle Herausforderung dieser Technologie angegangen.

Hintergrund zu Perowskit-Solarzellen

Perowskit-Solarzellen sind eine Art von Photovoltaik-Technologie, die Perowskit-Materialien verwendet, um Sonnenlicht in Strom umzuwandeln. Sie haben in den letzten Jahren aufgrund ihres Potenzials für hohe Effizienz, kostengünstige Produktion und Vielseitigkeit Aufmerksamkeit erregt.

Was sind Perowskit-Materialien?

Perowskit-Materialien sind eine Klasse von Verbindungen, die eine spezifische Kristallstruktur haben und nach dem Mineral Perowskit benannt sind. Diese Materialien haben einzigartige optische und elektronische Eigenschaften, die sie für den Einsatz in Solarzellen geeignet machen.

Vorteile von Perowskit-Solarzellen

Perowskit-Solarzellen bieten mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Silizium-Solarzellen:

  • Hohe Effizienz: Perowskit-Solarzellen haben hohe Umwandlungswirkungsgrade gezeigt, einige sogar über 25%.
  • Kostengünstige Produktion: Perowskit-Materialien können mit kostengünstigen und skalierbaren Lösungsverfahren hergestellt werden.
  • Vielseitigkeit: Perowskit-Solarzellen können auf verschiedenen Substraten hergestellt werden, einschließlich flexibler und transparenter Materialien, was ihre Integration in eine Vielzahl von Anwendungen ermöglicht.

Die Herausforderung: Abfall der Energieausbeute

Trotz ihres Potenzials stehen Perowskit-Solarzellen vor einer bedeutenden Herausforderung, nämlich der Aufrechterhaltung ihrer Energieausbeute im Laufe der Zeit. Diese Zellen erfahren häufig eine Verringerung der Leistung, die als Hysterese bezeichnet wird und ihre kommerzielle Machbarkeit beeinträchtigt. Dieser Abfall der Energieausbeute wird auf die Bewegung von Ionen innerhalb des Perowskit-Materials zurückgeführt.

Die Rolle von Ionen in Perowskit-Solarzellen

Ionen wie Blei und Cäsium spielen eine entscheidende Rolle in der Struktur und Leistung von Perowskit-Solarzellen. Sie tragen zur Lichtabsorption, Ladungstrennung und Elektronentransport bei.

Das Problem der Hysterese

Die Hysterese tritt auf, wenn Ionen innerhalb des Perowskit-Materialsbewegen, was zu Veränderungen der optischen und elektronischen Eigenschaften des Materials führt. Diese Bewegung beeinflusst die Effizienz und Stabilität der Solarzellen und führt zu einem Rückgang der Energieausbeute.

Der Durchbruch: Beschichtung mit Aluminiumoxid

Die Forscher am Advanced Technology Institute der University of Surrey haben eine Durchbruchlösung entwickelt, um die Hysterese zu minimieren und die Stabilität von Perowskit-Solarzellen zu verbessern. Dies gelang ihnen durch das Beschichten der Zellen mit einer nanoskaligen Aluminiumoxid-“Tinte”.

Rolle der Aluminiumoxid-Beschichtung

Die Aluminiumoxid-Beschichtung hat mehrere Funktionen, um die Leistung und Stabilität von Perowskit-Solarzellen zu verbessern:

  • Minimierung der Ionbewegung: Die Beschichtung wirkt als Barriere, um die Bewegung von Ionen innerhalb des Perowskit-Materials zu verhindern und dadurch die Hysterese zu reduzieren.
  • Gleichmäßige Perowskit-Beschichtung: Die nanoskalige “Tinte” ermöglicht eine gleichmäßigere und kontrollierte Beschichtung des Perowskit-Materials und gewährleistet eine verbesserte Geräteleistung.

Nachweis der verbesserten Leistung

Die Forscher an der University of Surrey haben die Wirksamkeit der Aluminiumoxid-Beschichtung durch ihre Experimente und Messungen nachgewiesen:

  • Verbesserte Stabilität: Die beschichteten Perowskit-Solarzellen zeigten im Laufe der Zeit eine verbesserte Stabilität mit geringfügigem Leistungsverlust.
  • Erhöhte Effizienz: Die Zellen wiesen im Vergleich zu unbeschichteten Zellen eine höhere Umwandlungseffizienz auf, was insgesamt auf eine bessere Leistung hindeutet.

Auswirkungen und zukünftige Anwendungen

Die Entwicklung eines kostengünstigen Ansatzes zur Skalierung von Perowskit-Solarzellen durch die Aluminiumoxid-Beschichtung hat bedeutende Auswirkungen:

Förderung der Ziele für erneuerbare Energien

Perowskit-Solarzellen können dazu beitragen, die Ziele für erneuerbare Energien von Ländern zu erreichen, indem sie eine günstigere und leichtere Alternative zu traditionellen Solarzellen bieten. Die verbesserte Stabilität und Leistung durch die Aluminiumoxid-Beschichtung machen Perowskit-Solarzellen attraktiver für eine breite Anwendung.

Beschleunigung der Netto-Null-Ziele

Der Durchbruch in der Produktion von Perowskit-Solarzellen könnte Länder auf der ganzen Welt dabei helfen, ihre Netto-Null-Ziele schneller zu erreichen. Durch die Steigerung der Effizienz und Stabilität von Solarzellen kann der Übergang zu erneuerbaren Energiequellen beschleunigt werden.

Integration in verschiedene Anwendungen

Die Vielseitigkeit von Perowskit-Solarzellen eröffnet Möglichkeiten für ihre Integration in eine Vielzahl von Anwendungen, wie gebäudeintegrierte Photovoltaik, tragbare Elektronik und tragbare Geräte. Die leichte und flexible Natur dieser Zellen macht sie für verschiedene Umgebungen geeignet.

Potentielle Herausforderungen und weitere Forschung

Obwohl die Aluminiumoxid-Beschichtung vielversprechend ist, um die Leistung von Perowskit-Solarzellen zu verbessern, sind weitere Forschungen erforderlich, um mögliche Herausforderungen zu lösen:

  • Langfristige Stabilität: Die Langzeitstabilität der beschichteten Zellen muss gründlich untersucht werden, um ihre Haltbarkeit und Zuverlässigkeit sicherzustellen.
  • Fertigungsskalierbarkeit: Die Skalierbarkeit des Beschichtungsprozesses und deren Integration in die Großproduktion muss für eine kommerzielle Machbarkeit optimiert werden.

Schlussfolgerung

Die Beschichtung von Perowskit-Solarzellen mit einer Aluminiumoxid-“Tinte” durch Forscher am Advanced Technology Institute der University of Surrey stellt einen bedeutenden Durchbruch auf diesem Gebiet dar. Diese Entwicklung geht das Problem der Hysterese an und verbessert die Stabilität und Leistung von Perowskit-Solarzellen. Der kostengünstige Ansatz verspricht Fortschritte bei den Zielen für erneuerbare Energien und beschleunigt den Übergang zu einer nachhaltigen Zukunft.

Quelle

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