Ein Forschungsteam der Universität Stuttgart hat gemeinsam mit internationalen Partnern einen Fortschritt im Bereich der Perowskit-Solarzellen erzielt. Durch den Einbau lichtschaltbarer Moleküle konnten sowohl der Wirkungsgrad als auch die Umweltbeständigkeit der Zellen verbessert werden. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature Energy“ veröffentlicht.
Perowskit-Solarzellen gelten als vielversprechende Photovoltaik-Technologie. Im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumzellen sind sie bei hohem Wirkungsgrad einfacher und kostengünstiger herzustellen. Die größte Herausforderung für den praktischen Einsatz bleibt jedoch, die Stabilität der Zellen unter wechselnden Umweltbedingungen sicherzustellen.
Das Team konzentrierte sich auf das sogenannte „Triple-Kationen“-Perowskit-Material, eine als „Goldstandard“ geltende Materialkombination, die für ihre hohe Effizienz und Langzeitstabilität bekannt ist. Professor Michael Saliba, Direktor des Instituts für Photovoltaik an der Universität Stuttgart, erklärt: „Wir haben kürzlich bedeutende Fortschritte beim Schutz der Zellen vor Licht, Hitze, Feuchtigkeit und mechanischer Belastung gemacht. Es bleibt jedoch eine Aufgabe, sie unter wechselnden Bedingungen zuverlässig zu betreiben.“
Um dieses Problem zu lösen, richteten die Forscher ihren Blick auf die „Korngrenzen“ im Material. Diese Grenzen sind wie Nähte in der Struktur – notwendig für den Zusammenhalt, aber auch Schwachstellen, die anfällig für Umwelteinflüsse sind. Das Team führte ein „lichtschaltbares Molekül“ ein, das seine Form unter Lichteinfluss ändern kann, und platzierte es an diesen Korngrenzen. Dieses Molekül kann sich dynamisch anpassen, fungiert als Puffer und absorbiert Spannungen im Material, die durch Umweltveränderungen entstehen, wodurch die gesamte Zellstruktur stabilisiert wird.
In Labortests, die reale Umgebungsbedingungen simulierten, überprüfte das Team die Leistung des verbesserten Materials. Unter simulierten Bedingungen wie schwankender Sonneneinstrahlung und anderen Umweltfaktoren zeigten die Ergebnisse: Die durch die lichtschaltbaren Moleküle stabilisierten Perowskit-Solarzellen behielten nach zweistündiger Bestrahlung mit UV-Licht bei 65 °C und 600 Temperaturzyklen zwischen -40 °C und 85 °C über 95 % ihrer ursprünglichen Leistung bei. Ihr photoelektrischer Umwandlungswirkungsgrad erreichte etwa 27 %.
Professor Michael Saliba und der Mitautor der Studie, Dr. Weiwei Zuo von der Universität Stuttgart, sagten: „Das neue Materialdesign erhöht die Betriebsstabilität und Lebensdauer der Perowskit-Solarzellen bei gleichbleibend wettbewerbsfähiger Leistung, was sie besser für praktische Anwendungen geeignet macht.“ Diese Forschung bietet eine technologische Grundlage für die weitere Kommerzialisierung von Perowskit-Solarzellen.
An der Studie waren Forscher aus China, Deutschland, Großbritannien, Spanien, Italien und der Schweiz beteiligt.
Veröffentlichungsdetails: Autoren: Zuhong Zhang et al., Titel: „Light-switchable isomers enhance grain boundary toughness and stability of perovskite solar cells under light cycling“, veröffentlicht in: Nature Energy (2026). Journal-Info: Nature Energy
