Die Materialklasse dieser Halogenid-Perowskite gilt denn große Hoffnung uff noch mehr Solarstrom zu noch geringeren Preis. Die Materialien sind sehr günstig, lassen sich mit minimalem Energieaufwand zu dünnen Schichten verarbeiten und klappen schon Wirkungsgrade, die merklich oberhalb denen herkömmlicher Silizium-Solarzellen liegen.
Dies Ziel: 20 Jahre Outdoor-Stabilität
Von Solarmodulen wird jedoch erwartet, dass sie unter Außenbedingungen mindestens 20 Jahre weit eine stabile Leistung erbringen, während sie großen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. Silizium-PV schafft dies problemlos, während die halborganischen Perowskite ziemlich schnell an Leistung verlieren.
„Sonnenlicht kann dasjenige Inwendig einer PV-Zelle uff 80 Rang Celsius aufheizen, im Dunkeln kühlt die Zelle dann sofort uff Umgebungstemperatur ab. Dies löst große mechanische Spannungen in dieser dünnen Schicht aus Perowskit-Mikrokristallen aus, wodurch Defekte und sogar lokale Phasenübergänge entstehen.“ , sodass dieser dünne Lichtspiel an Qualität verliert“, erklärt Prof. Antonio Abate, dieser am HZB eine große Horde leitet.
Chemische Variationen untersucht
Zusammen mit seinem Team und mehreren internationalen Partnern hat er eine chemische Variante untersucht, die die Stabilität dieser Perowskit-Dünnschicht in verschiedenen Solarzellenarchitekturen merklich verbessert, darunter die Pin-Baustil, die normalerweise irgendwas weniger effizient ist denn die verschiedene Mal verwendete Nip-Baustil.
Eine „Soft Shell“ gegen Stress
„Wir nach sich ziehen den Geräteaufbau und die Prozessparameter gründend uff früheren Ergebnissen optimiert und konnten schließlich mit b-Poly(1,1-difluorethylen) oder von kurzer Dauer b-pV2F eine entscheidende Verbesserung klappen“, sagt Guixiang Lithium, dieser promoviert betreut von Prof. Abate. b-pV2F-Moleküle ähneln einer Zickzackkette, die von alternierenden Dipolen besetzt ist.
„Dieses Polymer scheint sich in dem dünnen Lichtspiel wie eine weiche Hülle um die einzelnen Perowskit-Mikrokristalle zu legen und bildet so eine Modus Polsterung gegen thermomechanischen Stress“, erklärt Abate.
Rekordwirkungsgrad zum Besten von Pin-Baustil 24,6 %
Tatsächlich zeigen rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen, dass sich in den Zellen mit b-pV2F die winzigen Körnchen irgendwas näher aneinander schmiegen. „Außerdem verbessert die Dipolkette von b-pV2F den Vorschub von Ladungsträgern und erhoben damit die Vorteil dieser Zelle“, sagt Abate. Tatsächlich produzierten sie Zellen im Labormaßstab mit Wirkungsgraden von solange bis zu 24,6 %, welches ein Rekord zum Besten von die Pin-Baustil ist.
Ein Jahr Außeneinsatz
Die neu produzierten Solarzellen wurden oberhalb hundert Zyklen zwischen +80 Rang Celsius und -60 Rang Celsius und 1000 Zahlungsfrist aufschieben kontinuierlicher 1-Sonne-äquivalenter Helligkeit ausgesetzt. Dies entspricht etwa einem Jahr Außeneinsatz.
„Unter ferner liefen unter diesen extremen Belastungen erreichten sie am Finale immer noch 96 % Wirkungsgrad“, betont Abate. Dies ist schon in dieser richtigen Größenordnung. Gelingt es nun, die Verluste noch irgendwas weiter zu reduzieren, könnten Perowskit-Solarmodule selbst nachdem 20 Jahren noch den Hauptteil ihrer ursprünglichen Leistung erbringen – dieses Ziel rückt nun in greifbare Nähe.
Forschungsbericht: Hocheffiziente Pin-Perowskit-Solarzellen, die Temperaturschwankungen standhalten
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Helmholtz-Zentrum Spreeathen
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