Kaunas University of Technology in Litauen erreicht über 29 % Effizienz bei Perowskit-Tandem-Solarzellen

de.wedoany.com-Bericht: Forscher der Technischen Universität Kaunas (KTU) in Litauen haben die Leistungsumwandlungseffizienz von Perowskit-Tandem-Solarzellen auf über 29 % gesteigert, indem sie eine ultradünne Molekülschicht modifizierten, die positive Ladungsträger im Bauelement transportiert.

Die Wissenschaftler der Universität etablierten zusammen mit internationalen Partnern stabilere Grenzflächen zwischen den verschiedenen Schichten der Solarzelle, wodurch die Korrosion zwischen den Schichten reduziert wurde und die Zelle eine hohe Effizienz und Leistung aufrechterhalten konnte. Dr. Kasparas Rakštys, Forscher an der KTU, erklärte, dass eine Solarzelle als ein mehrschichtiges „Sandwich“ betrachtet werden kann, bei dem jede Schicht aus unterschiedlichen Materialien besteht und eine spezifische Funktion erfüllt; die Schichten müssen perfekt miteinander verbunden sein, damit das Bauelement effizient arbeitet.

Perowskit-Solarzellen sind Dünnschicht-Photovoltaikbauelemente, die Perowskit-Material als aktive Schicht verwenden. Sie gelten aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer Flexibilität und ihrer relativ niedrigen Herstellungskosten als vielversprechende Energietechnologie. Allerdings kann die Leistung solcher Zellen bei Einwirkung von Feuchtigkeit, Sauerstoff und Wärme abnehmen, und Probleme an den Grenzflächen zwischen den Schichten können die Bauelementleistung erheblich beeinträchtigen. Zuvor verließen sich Wissenschaftler üblicherweise auf selbstorganisierende Monoschichten (SAMs), die 2018 eingeführt wurden, um Ladungen zu transportieren; diese dünnen Molekülschichten wirken als „Molekularer Kleber“, der Löcher (positive Ladungsträger) zur Elektrode transportiert. Rakštys wies jedoch darauf hin, dass diese Moleküle sauer sind und benachbarte Schichten allmählich korrodieren können, wodurch an der Grenzfläche Defekte entstehen, die den Ladungstransport behindern, was zu einer geringeren Effizienz und kürzeren Betriebslebensdauer der Zelle führt.

Aus diesem Grund modifizierten die Forscher den Teil der SAM-Moleküle, der an der Metalloxid-Kontaktschicht haftet: Sie wandelten die übliche Säureform in eine ionische Salzform um. Die nach der chemischen Neutralisation gebildeten Salzmoleküle greifen die benachbarten Schichten nicht mehr an und binden gleichzeitig ebenso fest an der Oberfläche des Metalloxids. Darüber hinaus ist das Molekül wasserlöslich, sodass die Schicht ohne den Einsatz giftiger Lösungsmittel abgeschieden werden kann. Obwohl die modifizierte Schicht nur wenige Nanometer dick ist, hat sie einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz des Ladungstransports.

Um die praktische Anwendbarkeit der Methode zu verifizieren, arbeitete das Forschungsteam mit chinesischen Partnern zusammen und zeigte, dass die Methode für großflächige Module geeignet ist, gleichmäßige und qualitativ hochwertige Beschichtungen erzeugt und für Tests näher an realen Szenarien geeignet ist. Die Methode wurde auch in Perowskit-Tandem-Solarzellen validiert – diese Zellen verwenden unterschiedliche absorbierende Schichten, um einen breiteren Teil des Sonnenspektrums zu erfassen. Mit der neuen Methode erreichte das Team eine Leistungsumwandlungseffizienz von über 29 % in Perowskit-Tandem-Solarzellen. Rakštys gab an, dass dies einer der höchsten bisher berichteten Werte ist.

Das Forschungsteam geht davon aus, dass diese Technologie künftig zur Entwicklung vielseitigerer Solarbauelemente genutzt werden könnte, beispielsweise für Zellen, die in Gebäudefassaden, Fenster und Textilien integriert werden. Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Das Team hat für die Technologie ein Patent angemeldet und treibt die kommerzielle Anwendung voran.