Forscher der Technischen Universität München (TUM) haben erfolgreich eine Lösung entwickelt, um die Wetterbeständigkeit von Perowskit-Photovoltaikzellen zu verbessern, um Leistungsabfällen aufgrund von Wetterveränderungen entgegenzuwirken.
Das Forschungsteam arbeitete mit dem Karlsruher Institut für Technologie, dem Deutschen Elektronen-Synchrotron und dem Königlichen Institut für Technologie in Stockholm zusammen, um den mikroskopischen Mechanismus der Degradation von Perowskitmaterialien unter Temperaturschwankungen aufzudecken. Die in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass der Abbau hauptsächlich in der anfänglichen „Alterungsphase“ stattfindet, wobei die relative Leistung der Zellen um bis zu 60 % abnehmen kann, und betonen den entscheidenden Einfluss von Temperaturzyklen auf den frühen Leistungsverlust.
Prof. Dr. Peter Müller-Buschbaum, Leiter des Lehrstuhls für Funktionelle Materialien an der Fakultät für Naturwissenschaften der TUM, erklärte: „Wenn wir wollen, dass diese Zellen auf jedem Dach installiert werden, müssen wir sicherstellen, dass sie nicht nur im Labor gut funktionieren, sondern auch den Belastungen durch jahreszeitliche Veränderungen standhalten.“ Sein Team identifizierte die mikroskopische Ursache für die Instabilität und entwickelte eine neue Strategie, um die oberste Schicht der Tandemsolarzellen robuster zu machen und an reale Umweltbedingungen anzupassen.
Der Hauptautor, Dr. Kun Sun, erläuterte: „Wir haben einen mikroskopischen ‚Tauziehen‘-Effekt aufgedeckt, der diesen Leistungsverlust auslöst. Im Material entstehen Spannungen, seine Struktur verändert sich – das kostet Leistung.“ Die Forschungsarbeit konzentriert sich auf den Einsatz speziell entwickelter molekularer „Anker“, um die empfindliche Kristallstruktur zu stabilisieren. Die damit verbundenen Ergebnisse wurden in „ACS Energy Letters“ veröffentlicht. Die Forscher verwendeten spezielle organische Moleküle als Abstandshalter, um die Struktur zusammenzuhalten, ähnlich einem molekularen Gerüst.
Das Stabilitätsproblem von Perowskit-Solarzellen war stets eine Herausforderung für ihre Kommerzialisierung, was in den letzten Jahren durch mehrere Studien bestätigt wurde, einschließlich einer entsprechenden Arbeit der Universität Sydney im Oktober letzten Jahres. Diese Technologie war auch Kerninhalt des Quartalsberichts „Photovoltaik-Technologie-Dynamik“ im vierten Quartal 2024, der ihre realistischen Aussichten als nächste dominierende Solartechnologie diskutierte.
