de.wedoany.com-Bericht: Forscher der Technischen Universität Kaunas (KTU) in Litauen haben ein neuartiges organisches Halbleitermaterial synthetisiert, das die photoelektrische Umwandlungseffizienz von Perowskit-Solarzellen unter Innenraumlichtbedingungen auf 37,0 % steigerte und damit die Leistung herkömmlicher Dach-Solarmodule unter Standardtestbedingungen übertraf.
Ziel dieser Forschung ist es, die vernachlässigte Lichtenergie in der Umgebung zu nutzen, beispielsweise von Schreibtischlampen, Handybildschirmen und Fenstern. Dieses Licht wird normalerweise von Wänden, Möbeln und Böden absorbiert, ohne Strom zu erzeugen. Mit diesem Material hergestellte Batterien könnten Milliarden von IoT-Sensoren und kleinen elektronischen Geräten mit Strom versorgen und so die Abhängigkeit von Batterien verringern, die häufig ausgetauscht werden müssen.
Der entscheidende Fortschritt gelang Dr. Asta Dabulienė, leitende Forscherin der Materialchemiegruppe der KTU, die eine Reihe neuer Thiazolo[5,4-d]thiazol-Derivate synthetisierte. Diese organischen Halbleiter wurden als Lochtransportschicht in Perowskit-Solarzellen konzipiert, die für die selektive Bewegung positiver Ladungsträger verantwortlich ist, während sie Elektronen blockiert, wodurch Rekombinationsverluste reduziert und die Zelleffizienz verbessert werden.
Dr. Dabulienė erklärte, dass ein idealer Lochtransporthalbleiter eine hohe Lochmobilität und eine gute Energielevelanpassung an benachbarte Schichten aufweisen sollte. Eine der Verbindungen, die ein Triphenylamin-Donorfragment enthielt, besaß die strukturellen Eigenschaften, die für einen guten Betrieb unter Innenraumlichtbedingungen erforderlich sind.
Forscher der Ming Chi University of Technology in Taiwan stellten unter Verwendung des von der KTU entwickelten Halbleiters Perowskit-Solarzellen her, die für den Innenraumeinsatz optimiert sind. Unter 3000 K LED-Beleuchtung und 1000 Lux (entspricht der Helligkeit eines gut beleuchteten Büros) erreichte die Zelle eine Leistungsumwandlungseffizienz von 37,0 %. Zum Vergleich: Typische kommerzielle Silizium-Solarmodule haben unter standardmäßigen Außentestbedingungen einen Wirkungsgrad von etwa 20 % bis 22 %. Es ist zu beachten, dass Innenraum- und Außenbatterien unter unterschiedlichen Lichtstärken arbeiten und die Effizienzwerte nicht direkt austauschbar sind.
Dieses Ergebnis wurde durch die Zusammenarbeit von drei Forschungsteams aus drei Kontinenten erzielt. Die KTU in Litauen war für die Synthese und Charakterisierung der organischen Halbleiter verantwortlich, die King Abdullah University of Science and Technology in Saudi-Arabien für die theoretische Modellierung der neuen Verbindungen und die Ming Chi University of Technology in Taiwan für den Bau und die Prüfung der Zellen. Professor Gražulevičius von der Materialchemiegruppe der KTU wies darauf hin, dass internationale Zusammenarbeit die Ergebnisse erweitert, die jedes einzelne Team erzielen könnte. Sein Team verkörpert diese Philosophie bereits – seine Mitglieder kommen aus Litauen, der Ukraine, Indien, Pakistan, Armenien, Ägypten und Nigeria, und allein im Jahr 2024 wurden vier Projekte des Europäischen Horizont-Programms eingeworben. Gražulevičius ist der Ansicht, dass trotz Herausforderungen wie Kommunikationslücken, unterschiedlichen Arbeitskulturen und organisatorischer Komplexität in der interkulturellen Zusammenarbeit die vielfältigen Ideen aus unterschiedlichen Hintergründen Innovationen effektiv vorantreiben können.
Die Forscher stellten fest, dass Perowskit-Innenraum-Photovoltaikzellen direkt in Mobiltelefone, Smart-Home-Sensoren und kleine elektronische Geräte integriert werden können, sodass diese Umgebungslicht sammeln können, anstatt Batteriestrom zu verbrauchen. Über das IoT-Framework kann der gesammelte Strom den Gerätebetrieb in Echtzeit regulieren und den Energieverbrauch optimieren. Das Forschungsteam betrachtet hohe Leistung, niedrige Kosten und Vielseitigkeit als Kriterien, die jede kommerziell tragfähige Innenraum-Photovoltaiklösung erfüllen muss. Der nächste Schritt ist die Skalierung des Materials, um es näher an ein herstellbares Gerät zu bringen.
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