35 %-Brom-Formulierung der Pennsylvania State University verbessert die Leistung von Perowskit-Indoor-Photovoltaik

de.wedoany.com-Bericht: Forschende der Pennsylvania State University (Penn State) haben einen Perowskit-basierten Dünnfilm für die Innenraumbeleuchtung entwickelt, der die Effizienz der Materialabsorption von Innenraumlicht erhöht und gleichzeitig die Leistungsstabilität bei längerer Exposition gegenüber hellerem Licht verbessert. Die Ergebnisse wurden in „APL Energy" veröffentlicht.

Herkömmliche Solarzellen zielen darauf ab, ein breites Spektrum an Sonnenlicht einzufangen, während Indoor-Photovoltaikbauelemente mit anderen Bedingungen konfrontiert sind: Die Intensität künstlicher Beleuchtung ist deutlich geringer und das Spektrum schmaler. Das bedeutet, dass für Sonnenlicht optimierte Materialien nicht unbedingt am besten geeignet sind, um das Licht von LEDs oder anderen Innenraumlichtquellen zu sammeln.

Das Team setzte bei der Kristallstruktur von Metallhalogenid-Perowskiten an und passte das Verhältnis von Brom zu Iod darin an. Insgesamt wurden sechs verschiedene Zusammensetzungen hergestellt, deren optische Eigenschaften schrittweise auf die für Innenraumbeleuchtung typischen Wellenlängen abgestimmt wurden. Laut den Forschenden schnitt die Zusammensetzung mit 35 % Brom im Experiment am besten ab. Diese Arbeit zeigt auch, dass das Materialdesign für Indoor-Photovoltaik anders ausfallen kann als bei herkömmlichen Solarmodulen – die Forschenden müssen nicht über das gesamte Sonnenspektrum hinweg eine maximale Absorption anstreben, sondern können die Bandlücke des Halbleiters auf das schmalere Spektrum künstlichen Lichts ausrichten.

Die Forschenden untersuchten zugleich die Art und Weise, wie sich der Perowskit-Dünnfilm selbst bildet. Beim Herstellungsprozess wird das Material zunächst in einem Lösungsmittel gelöst und kristallisiert anschließend beim Verdampfen des Lösungsmittels aus. Das Team ersetzte das üblicherweise verwendete Chlorbenzol als Antilösungsmittel durch Dichlorbenzol. Diese Anpassung basiert auf früheren Arbeiten von Mitgliedern der Forschungsgruppe und zielt darauf ab, einen gleichmäßigeren Film mit dichten Körnern sowie weniger Hohlräumen und Defekten zu erhalten, da solche Defekte die Ladungsbewegung stören und die Photovoltaikleistung beeinträchtigen. Der letzte Schritt bestand darin, Phenethylammoniumbromid (PEABr) auf der Perowskit-Oberfläche abzuscheiden. Dieses Salz bildet eine Passivierungsschicht, die dazu beiträgt, das Material vor Defekten und Degradation unter längerer Lichteinstrahlung zu schützen.

In Tests ließ die Leistung der hergestellten Bauelemente bei hoher Lichtintensität über 240 Stunden hinweg nicht nach. Anhand der beobachteten Trends schätzen die Forschenden, dass das Bauelement Tausende von Stunden stabil sein könnte; diese Schätzung ist jedoch eine Prognose und keine bereits nachgewiesene Betriebslebensdauer. Die getestete Lichtintensität lag etwa beim 10- bis 50-Fachen der Intensität, die der kürzlich vorgeschlagene Konsensrahmen für die Bewertung von Indoor-Photovoltaik erfordert, was etwa 8 % bis 50 % der Sonnenlichtintensität entspricht.

Die potenziellen Anwendungsrichtungen bestehen weniger darin, Dachsolarmodule zu ersetzen, als vielmehr darin, elektronische Geräte mit geringem Energieverbrauch von Batterien und kabelgebundener Stromversorgung zu befreien. Intelligente Thermostate, Sensoren, Fernbedienungen und einige tragbare elektronische Geräte könnten durch kontinuierliches Sammeln von Umgebungslicht betrieben werden, ohne vollständig auf Einweg- oder wiederaufladbare Batterien angewiesen zu sein. Ein wesentliches Hindernis für die Kommerzialisierung bleibt jedoch die Haltbarkeit. Eine 2026 veröffentlichte Übersichtsarbeit der Pennsylvania State University zur Perowskit-Indoor-Photovoltaik weist darauf hin, dass einige Bauelemente bereits Effizienzen von über 44 % melden, während vergleichsweise wenige Studien die Langzeitstabilität nach standardisierten Protokollen berichten. Die Forschenden sind der Ansicht, dass bessere Stabilitätstests entscheidend dafür sind, zu beurteilen, wie Laborergebnisse in reale Lebensdauern übertragen werden können.

Somit ist dieses neue Bauelement eher ein Schritt hin zur praktischen Nutzung der Innenraum-Lichtsammmlung als ein fertiger Batterieersatz.