de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam, bestehend aus Wissenschaftlern der Korea University, der University of Toledo und der Seoul National University, hat eine dreidimensionale Perowskit-Solarzelle konstruiert, die unter Labortestbedingungen einen Wirkungsgrad von über 26 % und eine Betriebslebensdauer von mehr als 24.000 Stunden erreicht. Für die Studie wurden Halogenid-Perowskite verwendet, deren Herstellung in der Vergangenheit schwierig war.
Da siliziumbasierte Solarzellen ihr maximales Energieumwandlungspotenzial erreichen, richten Wissenschaftler ihre Aufmerksamkeit auf Perowskite, ein Material, das nicht nur Solarzellen mit höherem Wirkungsgrad, sondern auch kostengünstiger machen kann. Professor Jun Hong Noh von der Korea University erforscht ein Solarzellenkonzept, bei dem Ladungstransportschichten auf beiden Seiten der Absorberschicht platziert werden, um Oberflächen und Grenzflächen zu passivieren. Diese Methode wird bereits bei Silizium-Heterojunction-Solarzellen (HIT) eingesetzt, aber Nohs Idee verwendete Halogenid-Perowskite, die schwieriger herzustellen sind.
Um die strukturellen Herausforderungen zu überwinden, griffen Noh und seine Kollegen auf zweidimensionale (2D) Halogenid-Perowskite mit großer Bandlücke zurück. Indem sie einen 2D-Film mit einem 3D-Film in Kontakt brachten und Wärme und Druck anwendeten, ließen die Forscher eine kristalline 2D-Schicht auf der 3D-Oberfläche wachsen. Das Team entdeckte, dass allein der Kontakt zwischen 2D- und 3D-Material die optischen Eigenschaften der 3D-Schicht veränderte, einschließlich ihrer Photolumineszenz, selbst ohne Wärme oder Druck. „Interessanterweise sind diese Veränderungen reversibel und hängen stark von den organischen Kationen ab", sagte Noh in einer Pressemitteilung. „Wir waren wirklich begeistert, als wir weiter herausfanden, dass diese Kontaktwechselwirkung den Phasenübergang im 3D-Perowskit signifikant beeinflusst und aus der Wechselwirkung zwischen den organischen Kationen in den 2D- und 3D-Schichten resultiert."
Die Forscher stellten die Hypothese auf, dass eine Wärmebehandlung der beiden bereits in Kontakt stehenden Dünnschichten zu einer strukturellen Entwicklung der 3D-Schicht führen könnte. Um diese Hypothese zu überprüfen, wandte das Team sie auf FAPbI₃-Perowskit-Dünnschichten an, die üblicherweise unter unvollständiger Kristallisation leiden. Als die Gitterparameter der Dünnschicht sehr nahe an den vom Team berechneten theoretischen Werten lagen, erwies sich die Hypothese als richtig. Sogar das vom Forschungsteam hergestellte FAPbI₃-Dünnschichtpulver behielt eine stabilere Phase bei als FAPbI₃, das mit herkömmlichen Methoden hergestellt wurde. „Effizienzverluste entstehen durch Fallenzustände an der Oberfläche und im Volumeninneren, die direkt mit Defekten zusammenhängen. Ebenso ist bekannt, dass Phasenübergänge an Defekten beginnen. Daher ist die Realisierung einer nahezu perfekten Kristallstruktur eine der kritischsten Herausforderungen auf diesem Gebiet", fügte Noh hinzu.
Die Forscher integrierten ihre Perowskit-Dünnschichten in herkömmliche Solarzellen und stellten fest, dass der Wirkungsgrad auf 26,25 % stieg und in beschleunigten Tests eine Betriebslebensdauer von 24.000 Stunden zeigte. Dieses 2D/3D-Dünnschicht-Kontaktverfahren ist hochgradig skalierbar und kann zur Herstellung größerer Flächen mit weniger Defekten eingesetzt werden. Das Team arbeitet derzeit daran, diesen Ansatz auf vollständige Perowskit-Tandemsolarzellen anzuwenden, bei denen ein Perowskit mit niedriger Bandlücke bei niedrigen Temperaturen auf einer Schicht mit großer Bandlücke abgeschieden werden muss. Die Forschungsergebnisse wurden in „Nature Energy" veröffentlicht.
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