Ein Team internationaler Wissenschaftler hat eine neue Methode zur Herstellung langlebiger Perowskit-Solarzellen entwickelt, die eine hohe Effizienz von 21,59% bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität beibehalten. Perowskit-Solarzellen sind günstiger und nachhaltiger herzustellen als herkömmliche Silizium-Solarzellen. Allerdings sind die führenden Perowskit-Materialien anfällig für Umwelteinflüsse, was ihre Leistung beeinträchtigen kann. Die Wissenschaftler nutzten all-anorganische Perowskit-Materialien und bildeten eine Phasengrenzfläche, um die Umwandlung in eine unerwünschte nicht-photoaktive Phase zu unterdrücken. Diese Phasengrenzfläche verbesserte die Materialstabilität und verhinderte die Umwandlung zwischen den Phasen, was zu einer verbesserten Leistungsumwandlung führte. Die Forscher erreichten eine Effizienz von 21,59% und eine hervorragende Stabilität. Nach 200 Stunden Lagerung behielten die Geräte mehr als 90% ihrer anfänglichen Effizienz bei. Die Technik könnte den Weg für die Entwicklung zusätzlicher Solarzellen auf Basis von all-anorganischen Perowskiten oder anderen Halid-Perowskit-Zusammensetzungen ebnen, die ein Effizienzniveau von 25% übertreffen könnten.
Einführung
Perowskit-Solarzellen haben sich aufgrund ihrer Kostenersparnis und Nachhaltigkeit als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Silizium-Solarzellen etabliert. Die Leistung von Perowskit-Materialien kann jedoch durch Umwelteinflüsse beeinträchtigt werden, was zu einer Degradation führt. Ein Team internationaler Wissenschaftler, darunter auch der Penn State-Professor Nelson Dzade, hat eine neue Technik entwickelt, um langlebige Perowskit-Solarzellen herzustellen und gleichzeitig eine hohe Effizienz von 21,59% bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität zu erreichen.
Was sind Perowskit-Solarzellen?
Perowskit-Solarzellen sind eine Art von Solarzellen, die Perowskit-Materialien als Licht absorbierende Schicht verwenden. Perowskit-Materialien haben eine Kristallstruktur, die der von Calcium-Titanium-Oxid ähnelt, weshalb sie Perowskite genannt werden. Diese Materialien haben die Fähigkeit, ein breites Spektrum an Lichtwellenlängen zu absorbieren, wodurch sie effizient in der Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität sind.
Die Vorteile von Perowskit-Solarzellen
Perowskit-Solarzellen bieten mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Silizium-Solarzellen:
- Kosteneffizienz: Perowskit-Materialien sind einfacher und günstiger herzustellen im Vergleich zu Silizium.
- Nachhaltigkeit: Perowskit-Solarzellen sind umweltfreundlicher herzustellen.
- Flexibilität: Perowskit-Materialien können zu dünnen Filmen verarbeitet werden, was eine größere Designflexibilität ermöglicht.
- Hohe Effizienz: Perowskit-Solarzellen haben das Potenzial, hohe Wirkungsgrade zu erreichen.
Die Herausforderung der Degradation von Perowskit-Materialien
Trotz ihrer Vorteile haben Perowskit-Solarzellen Herausforderungen in Bezug auf die Materialdegradation. Die führenden Perowskit-Materialien, die in diesen Zellen verwendet werden, sind anfällig für Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit und Hitze, was zu einer Abnahme der Leistung im Laufe der Zeit führt.
Die Rolle der Phasenheterojunktion für die Materialstabilität
Die Wissenschaftler in dieser Studie verwendeten all-anorganische Perowskit-Materialien und bildeten eine Phasenheterojunktion, um die Umwandlung in eine unerwünschte nicht-fotoaktive Phase zu unterdrücken. Diese Phasenheterojunktion wirkte als Barriere und verhinderte die Umwandlung zwischen verschiedenen Phasen des Perowskit-Materials. Durch die Aufrechterhaltung der gewünschten Phase wurde die Materialstabilität verbessert, was zu einer erhöhten Effizienz der Stromumwandlung führte.
Erreichen hoher Effizienz und Langlebigkeit
Die Forscher erreichten erfolgreich einen Wirkungsgrad von 21,59% in ihren Perowskit-Solarzellen und behielten dabei eine ausgezeichnete Stabilität bei. Nach 200 Stunden Lagerung behielten die Geräte mehr als 90% ihrer anfänglichen Effizienz. Dieser Durchbruch ebnet den Weg für die Entwicklung weiterer Solarzellen auf Basis von all-anorganischen Perowskiten oder anderen Halogenperowskit-Zusammensetzungen mit dem Potenzial, einen Effizienzgrad von 25% zu übertreffen.
Schlussfolgerung
Die Entwicklung langlebiger Perowskit-Solarzellen mit hoher Effizienz ist ein bedeutender Fortschritt im Bereich der Solarenergie. Die Verwendung von all-anorganischen Perowskit-Materialien und Phasenheterojunktionen hat die Materialstabilität verbessert und somit die Effizienz der Stromumwandlung erhöht. Dieser Durchbruch könnte zur Herstellung effizienterer und kostengünstigerer Solarzellen führen und die Nutzung erneuerbarer Energiequellen weiter vorantreiben.
