Team der chinesischen Universität Xiamen steigert Effizienz von Perowskit-Solarzellen mit Preußischblau auf über 26 %

de.wedoany.com-Bericht: Das Team von Akademiemitglied Zheng Nanfeng und Professor Wu Binghui an der Universität Xiamen hat in der Forschung zu Perowskit-Solarzellen vorgeschlagen, mithilfe eines Preußischblau-Gerüsts die Materialbildung, die Defektevolution sowie die Ionenmigration und -verteilung während des Gerätebetriebs von Perowskit kooperativ zu steuern, und damit einen neuen Ansatz zur Verbesserung der Stabilität von Perowskit-Photovoltaik bereitzustellen. Am 25. September wurden die gemeinsam mit der Jinan-Universität, der Tsinghua-Universität und weiteren Kooperationspartnern erzielten Forschungsergebnisse in der internationalen Fachzeitschrift „Science" veröffentlicht.

Preußischblau (Prussian blue) gilt als das erste moderne synthetische Pigment der Menschheitsgeschichte und wird seit Langem in Bereichen wie Malerei, Druck und Cyanotypie eingesetzt. Es besitzt zugleich besondere strukturelle und chemische Eigenschaften wie eine offene Gerüststruktur und gemischtvalente Zentren und zeigt Anwendungspotenzial in der Erforschung von Ionenspeicherung, Ionentransport und Redoxprozessen.

In der Studie führten die Forscher Preußischblau-Nanopartikel in die Perowskit-Absorberschicht ein und nutzten deren dem Perowskit ähnliche Gittermerkmale, reversible Redoxaktivität und offene Gerüststruktur, sodass sie gleichzeitig an der Steuerung sowohl der Materialbildung als auch des Gerätebetriebs beteiligt ist. Die Ergebnisse zeigen, dass nach der Einführung von Preußischblau die Nukleation, die Zwischenphasenumwandlung und das Kristallwachstum von Perowskit wirksam gesteuert werden und der schließlich gebildete Film eine deutlichere Vorzugsorientierung und geringere lokale Verspannung aufweist; unter dem Einfluss eines angelegten elektrischen Feldes werden die langreichweitige Ionenmigration und -umverteilung unterdrückt, und die feldinduzierten lokalen Potenzialänderungen werden ebenfalls deutlich verringert.

Um die Anwendbarkeit dieser Materialstrategie bei unterschiedlichen Gerätestrukturen und unter Bedingungen der Flächenvergrößerung zu prüfen, validierte das Forschungsteam sie jeweils in Perowskit-Solarzellen mit regulärer und invertierter Struktur. Nach der Einführung von Preußischblau überschritt der photoelektrische Umwandlungswirkungsgrad beider Arten kleiner Bauelemente 26 %; bei der Flächenvergrößerung erreichte ein Modul mit regulärer Struktur von 6 cm × 6 cm einen Wirkungsgrad von 23,4 %, und ein Modul mit invertierter Struktur von 30 cm × 30 cm erreichte einen Wirkungsgrad von 22,9 %.

Die Studie betrachtet die Bildung der Perowskit-Dünnschicht und den Gerätebetrieb als einen miteinander verbundenen kontinuierlichen Prozess und nutzt die chemischen Eigenschaften von Preußischblau zur kooperativen Steuerung von Kristallwachstum, Defektumwandlung und Ionenmigration, was neue Ansätze für die Entwicklung offener Gerüstmaterialien mit den Funktionen Strukturführung, Redox-Pufferung und Ionensteuerung bietet.