de.wedoany.com-Bericht: Forschern des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) ist es gelungen, aus Perowskit-Material eine hochkomplexe Solarzelle mit drei Übergängen herzustellen. Diese erreicht einen Wirkungsgrad von 27,3 % und zeigt nach 770 Stunden Dauerbetrieb keine Leistungseinbußen.
Silizium-Solarmodule dominieren seit langem den Markt, nähern sich jedoch ihrem physikalischen Wirkungsgrad-Limit. Perowskit-Materialien sind aufgrund ihrer geringen Kosten, ihres geringen Gewichts und ihrer Verwendbarkeit auf flexiblen Substraten in den Fokus der Forschung gerückt. Durch das Stapeln von drei Perowskit-Absorberschichten mit unterschiedlichen Bandlücken kann diese Zelle mehr Sonnenlicht sammeln als Silizium-Module.
Die Schwachstelle herkömmlicher Perowskit-Solarzellen ist die Polymerschicht (PEDOT:PSS) für den Ladungstransport zwischen den Teilzellen, die eine geringe Lichtabsorptionseffizienz aufweist und sich leicht zersetzt. Das Forschungsteam versuchte, dieses Polymer durch eine selbstorganisierende Monoschicht (SAM) zu ersetzen. Anfangs konnte die SAM-Schicht Ladungen nicht effektiv transportieren. Der Co-Erstautor und Postdoktorand Yeonghun Yun erklärte: „Daher fügten wir unter der SAM-Schicht eine zusätzliche Schicht als Unterlage hinzu.“ Das Team platzierte eine extrem dünne Graphenoxid (GO)-Schicht direkt unter der SAM. Diese GO/SAM-Doppelschichtstruktur veränderte die Grenzflächeneigenschaften, ermöglichte eine perfekte morphologische und elektronische Anpassung, glättete den Ladungstransport und reduzierte die optischen Verluste erheblich.
Die neue Dreifach-Solarzelle erreicht eine Leistungsumwandlungseffizienz von 27,3 %, was zu den höchsten Werten in diesem Technologiebereich zählt. Die mit der GO/SAM-Schicht ausgestattete Zelle behielt nach 770 Stunden Dauerbetrieb über 90 % ihrer ursprünglichen Leistung bei und zeigte damit eine außergewöhnliche Haltbarkeit. Das Forschungsteam wies darauf hin, dass zinn-basierte Perowskit-Schichten bei Kontakt mit Sauerstoff und Feuchtigkeit extrem anfällig für oxidative Zersetzung sind, während die gasdichte chemische Barriere der GO/SAM-Doppelschicht die empfindliche Zinnschicht wirksam vor Umweltschäden schützt.
Professor Steve Albrecht, Leiter der Abteilung für Perowskit-Tandemsolarzellen am HZB, erklärte, dass durch Verbesserungen einzelner Perowskit-Dünnschichten der Wirkungsgrad dieser leichten Struktur leicht 30 % übersteigen könne. Die Forschungsergebnisse wurden am 9. Juli in der Fachzeitschrift „Joule“ veröffentlicht.
