Ein Forschungsteam der Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) hat kürzlich einen technischen Durchbruch im Bereich der Perowskit-Solarzellen erzielt. Es entwickelte ein Multi-Quellen-Co-Verdampfungsabscheidungsverfahren, das die Kristallqualität von im Vakuum abgeschiedenen Perowskit-Dünnschichten deutlich verbessern kann und den Weg für die großtechnische Produktion von lösungsmittelfreien Perowskit-Solarzellen ebnet. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature Materials“ veröffentlicht. Der Artikel trägt den Titel „Facet-oriented all-vacuum-deposited perovskite solar cells“.
Das von Prof. Lin Yanhong, Assistenzprofessor an der Fakultät für Elektronik und Computertechnik der HKUST, geleitete Forschungsteam arbeitete mit dem Team von Prof. Henry Snaith vom Department of Physics der University of Oxford zusammen. Sie entdeckten, dass die Einführung von Bleichlorid als „Co-Quelle“ während des thermischen Co-Verdampfungsprozesses das Wachstum der Perowskit-Kristalle effektiv steuern kann. Mit dieser Methode wurde ein hochgradig geordnetes Perowskit mit breiter Bandlücke hergestellt, bei dem eine große Anzahl von Körnern eine „nach oben“ gerichtete (100)-Kristallorientierung aufweist. Die Schicht besitzt eine höhere Kristallinität und ist besser gegen licht- und wärmebedingten Abbau gewappnet.
Die Erstautorin der Studie, Dr. Shen Xinyi, Postdoktorandin an der HKUST, sagte: „Unsere Arbeit befasst sich mit den grundlegenden materialwissenschaftlichen Fragen, die die Entwicklung der Vakuumabscheidung von Perowskit langfristig behindert haben. Durch die Kontrolle der Kristallorientierung haben wir eine thermische und optische Stabilität erreicht, die mit der von aus Lösungen hergestellten Bauelementen vergleichbar ist, und dabei gleichzeitig die inhärenten Vorteile der lösungsmittelfreien Vakuumtechnik bewahrt.“
Mit dem neuen Verfahren erzielte das Team die erste zertifizierte Leistung einer vollständig im Vakuum abgeschiedenen Perowskit-Solarzelle mit breiter Bandlücke. Auf einer Fläche von 0,25 cm² erreichte die Zelle einen Wirkungsgrad von 18,35 %. In Haltbarkeitstests behielt eine gekapselte Zelle nach 1080 Stunden noch 80 % ihrer Spitzenleistung. Das Team stellte außerdem eine Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle mit einer Fläche von 1 cm² und einem Wirkungsgrad von 27,2 % her, die nach einem achtmonatigen Freilandtest in Italien noch etwa 80 % ihrer ursprünglichen Leistung beibehielt.
Prof. Lin Yanhong betonte: „Dieses Co-Verdampfungsverfahren ist direkt mit der bestehenden industriellen Infrastruktur für die Dünnschichtabscheidung kompatibel. Es wandelt die lösungsmittelfreie Vakuumabscheidung von einer alternativen Option in eine führende Technologie für die Herstellung hochleistungsfähiger, stabiler Perowskit-Zellen um und bietet einen klaren Weg vom Labor zur Massenproduktion.“
Das Forschungsteam setzte eine in-situ hyperspektrale Bildgebungstechnik ein, um interne Veränderungen in den Bauelementen zu beobachten. Auf mikroskopischer Ebene konnten sie Halogenidsegregation von trap-vermittelten Rekombinationsprozessen unterscheiden und mikroskopische Merkmale direkt mit der makroskopischen Bauelementeleistung in Verbindung bringen. Dies bietet ein Diagnosewerkzeug für weitere Optimierungen. Die Studie wurde vom HKUST-Team in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern wie der University of Oxford, dem Eurac Research und der französischen Kommission für Atomenergie und alternative Energien (CEA) durchgeführt.
Veröffentlichungsdetails: Autoren: Xinyi Shen et al., Titel: „Facet-oriented all-vacuum-deposited perovskite solar cells“, veröffentlicht in: „Nature Materials“ (2026). Zeitschrifteninfo: Nature Materials
