Japanische Sophia-Universität erreicht mit 2-ABZ 84,94 % der Anfangseffizienz von Zinn-Perowskit-Solarzellen nach 100 Tagen

de.wedoany.com-Bericht: Forscher der japanischen Sophia-Universität und des National Institute for Materials Science (NIMS) haben 2-Aminobenzothiazol (2-ABZ) in quasi-zweidimensionale (q-2D) Ruddlesden-Popper-Zinn-Perowskit-Solarzellen (SnPSCs) eingebracht, um die Zinnoxidation zu unterdrücken, die die Effizienz und Lebensdauer dieser Bauelemente langfristig beeinträchtigt. Das Forschungsteam gibt an, dass diese Additivstrategie gleichzeitig die photovoltaische Leistung der Zellen verbessert und die Gerätelebensdauer verlängert, was den Weg zur Kommerzialisierung bleifreier Perowskit-Solarzellen ebnen könnte.

2-ABZ ist ein Heteroatommolekül, das Stickstoff, Kohlenstoff, Schwefel und Wasserstoff enthält. Das Forschungsteam erklärt, dass viele Passivierungsadditive nur auf einen einzigen Degradationsmechanismus abzielen, während 2-ABZ während der Bildung des Perowskitfilms und des Gerätebetriebs gleichzeitig mehrere komplementäre Funktionen ausübt: Es reguliert das Kristallwachstum, reduziert die Bildung von Trap-Zuständen, verhindert Ionenmigration, unterdrückt die Zinnoxidation und verbessert die Grenzflächen-Energieniveau-Anpassung – und deckt damit mehrere inhärente Schwachstellen ab, die die Effizienzsteigerung von SnPSCs seit langem begrenzen.

Professorin Yuko Takeoka, Projektleiterin am Fachbereich Material- und Biowissenschaften der Fakultät für Naturwissenschaften und Technologie der Sophia-Universität, erklärt, dass die Anreicherung von 2-ABZ an der Grenzfläche entscheidend für die Reduzierung vergrabener Defekte in der Perowskitschicht sei. Die Substanz bilde dichte Keimbildungsstellen an der Unterseite des Films, was zur Erzeugung hochwertiger und stabiler Perowskitfilme führe.

Diese Wirkungen spiegeln sich letztlich in den Langzeit-Leistungstests wider. Unverkapselte Solarzellen mit 2-ABZ behielten nach 100 Tagen Lagerung 84,94 % ihrer Anfangseffizienz, während unbehandelte Geräte nur 48,95 % beibehielten. Bei kontinuierlichem Betrieb unter simuliertem Sonnenlicht behielten die behandelten Geräte nach 10 Stunden nahezu 89 % ihrer ursprünglichen Leistung, während die Kontrollgeräte innerhalb einer Stunde rasch abfielen. Oberflächenanalysen zeigten, dass 2-ABZ die Oxidation von Sn²⁺ zu Sn⁴⁺ unterdrückt, den Hauptabbauweg von Zinn-Perowskiten. Röntgenphotoelektronenspektroskopie zeigte zudem eine deutliche Verringerung oxidierter Iodspezies, und Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie bestätigte, dass die Iodidmigration erheblich unterdrückt wurde.

Auf der Anwendungsebene erfordert die Installation siliziumbasierter Solarzellen weite, ebene Flächen, während Perowskit-Solarzellen (PSCs) leicht, flexibel und in ihrer Form steuerbar sind und als vielversprechende nächste Generation der Photovoltaiktechnologie gelten. Die Verbesserung von Effizienz und Lebensdauer ist für die wirtschaftliche Tragfähigkeit solcher Zellen von großer Bedeutung. Takeoka erklärt, dass die Ergebnisse einen praktikablen Weg zur Entwicklung sichererer bleifreier Solarzellen aufzeigen und auch das Anwendungsspektrum von Photovoltaikzellen erweitern könnten.

Die Forschungsergebnisse wurden am 15. Juni 2026 in der Zeitschrift Solar RRL, Band 10, Ausgabe 11, veröffentlicht.