Das Team von Akademiemitglied Zheng Nanfeng und Professor Wu Binghui der Universität Xiamen hat im Bereich der Perowskit-Solarzellenforschung einen wichtigen Fortschritt erzielt. Sie schlagen vor, das Preußischblau-Gerüst zu nutzen, um die Materialbildung, die Defektevolution sowie die Ionenmigration und -verteilung während des Gerätebetriebs von Perowskiten synergistisch zu steuern, und bieten damit eine neue Lösung zur Verbesserung der Stabilität von Perowskit-Photovoltaik. Am 25. September wurden die gemeinsam mit der Jinan-Universität, der Tsinghua-Universität und weiteren Kooperationseinrichtungen erzielten Forschungsergebnisse in der internationalen Fachzeitschrift „Science" veröffentlicht.

Preußischblau gilt als das erste moderne synthetische Pigment der Menschheitsgeschichte und wird in Bereichen wie Malerei, Druck und Cyanotypie weit verbreitet eingesetzt. Zugleich zeigen seine besonderen strukturellen und chemischen Eigenschaften wie die offene Gerüststruktur und gemischtvalente Zentren Anwendungspotenzial in der Erforschung von Ionenspeicherung, Ionentransport und Redoxprozessen.

Preußischblau lenkt den Kristallisationsprozess von Perowskit. Offizielle Website der Universität Xiamen

In dieser Studie führten die Forscher Preußischblau-Nanopartikel in die Perowskit-Absorberschicht ein und nutzten deren dem Perowskit ähnliche Gittermerkmale, reversible Redoxaktivität und offene Gerüststruktur, sodass sie gleichzeitig an der Steuerung sowohl der Materialbildung als auch des Gerätebetriebs beteiligt sind. Die Untersuchung ergab, dass nach der Einführung von Preußischblau die Nukleation, die Zwischenphasenumwandlung und das Kristallwachstum des Perowskits wirksam gesteuert werden und sich schließlich Filme mit ausgeprägterer Vorzugsorientierung und geringerer lokaler Verzerrung bilden; unter dem Einfluss eines angelegten elektrischen Feldes werden die langreichweitige Migration und Umverteilung von Ionen unterdrückt, und die feldinduzierten lokalen Potenzialänderungen werden ebenfalls deutlich verringert.

Um die Anwendbarkeit dieser Materialstrategie unter verschiedenen Gerätestrukturen und bei Flächenvergrößerung zu prüfen, validierte das Forschungsteam sie jeweils in regulär und invertiert aufgebauten Perowskit-Solarzellen. Nach der Einführung von Preußischblau überschritt der photoelektrische Umwandlungswirkungsgrad beider Arten von Kleinflächengeräten 26 %; bei der Flächenvergrößerung erzielte ein Modul mit regulärem Aufbau und einer Fläche von 6 cm × 6 cm einen Wirkungsgrad von 23,4 %; ein Modul mit invertiertem Aufbau und einer Fläche von 30 cm × 30 cm erreichte einen Wirkungsgrad von 22,9 %.

Diese Studie betrachtet die Bildung der Perowskit-Dünnschicht und den Gerätebetrieb als einen miteinander verbundenen kontinuierlichen Prozess und nutzt die chemischen Eigenschaften von Preußischblau zur synergistischen Steuerung von Kristallwachstum, Defektumwandlung und Ionenmigration, was neue Denkanstöße für die Entwicklung offener Gerüstmaterialien mit den Funktionen Strukturführung, Redox-Pufferung und Ionenregulation liefert.