Perowskit-Solarzellen zeichnen sich zwar durch niedrige Produktionskosten und hohe Leistungsdichte aus, litten jedoch lange unter mangelnder Stabilität und schnellem Effizienzverlust. Einem internationalen Team unter der Leitung von Professor Antonio Abate ist nun ein bedeutender Durchbruch gelungen. Durch die Beschichtung der Perowskit-Oberfläche mit einer neuartigen Schicht zwischen der Oberfläche und der oberen Kontaktschicht konnte die Stabilität der Perowskit-Solarzellen deutlich verbessert und die Effizienz auf fast 27 % gesteigert werden – ein fortschrittliches Niveau.
Diese Forschungsarbeit, ein Gemeinschaftsprojekt von Teams aus China, Italien, der Schweiz und Deutschland, wurde in der Fachzeitschrift *Nature Photonics* veröffentlicht. Abate erklärte: „Die von uns verwendete fluorierte Verbindung kann in den Zwischenraum zwischen der Perowskitschicht und der Fulleren-Kontaktschicht (C₆₀) gleiten und eine nahezu dichte Monoschicht bilden.“ Diese molekulare Schicht, ähnlich wie Teflon, isoliert die beiden Schichten chemisch, reduziert Defekte und Verluste und verbessert zudem die strukturelle Stabilität benachbarter Schichten, wodurch die C₆₀-Schicht gleichmäßiger und dichter wird.
Mit dieser Methode erreichten Perowskit-Solarzellen im Labormaßstab einen Wirkungsgrad von 27 %, was über den 26 % ohne Zwischenschicht liegt. Die Stabilität wurde deutlich verbessert; nach 1200 Stunden Dauerbetrieb unter Standardbeleuchtung sank der Wirkungsgrad nicht. Abate betonte: „1200 Stunden entsprechen einem Jahr Nutzung im Freien.“ Im Gegensatz dazu sank der Wirkungsgrad einer Kontrollzelle ohne Teflonschicht nach 300 Stunden um 20 %. Die Beschichtung weist eine ausgezeichnete thermische Stabilität auf und bleibt auch nach 1800 Stunden Alterung bei 85 °C und 200 Zyklen von -40 °C bis +85 °C stabil. Diese Zelle verwendet eine invertierte (PIN-)Struktur und eignet sich für die Reihenschaltung, beispielsweise in Kombination mit Siliziumzellen.
Abate erklärte, er habe bereits seit 2014, als er als Postdoktorand in Henry Snyders Labor tätig war, die Verwendung von Teflon-ähnlichen Molekülen zur Herstellung von Zwischenschichten erwogen. Damals lag der Wirkungsgrad lediglich bei 15 % und sank innerhalb weniger Stunden deutlich ab, doch inzwischen wurden enorme Fortschritte erzielt. Diese Erfolge ebnen den Weg für die Entwicklung hocheffizienter und stabiler optoelektronischer Bauelemente der nächsten Generation auf Perowskitbasis.
Weitere Informationen: Guixiang Li et al., „Stable and efficient perovskite solar cells through strategic interface contact engineering“, Nature Photonics (2025).
