Stabile Perowskit-Zellen bei hohen Temperaturen

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Stabile Perowskit-Zellen bei hohen Temperaturen

Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, die Betriebsstabilität von Perowskit-Solarzellen bei hohen Temperaturen erheblich zu verbessern. Dies ist eine Voraussetzung für ihren Einsatz in Terawatt-Stromnetzen.

Perowskit-Solarzellen (PSC) stehen aufgrund ihres hohen Leistungsumwandlungswirkungsgrades und ihrer kostengünstigen Verarbeitung im Mittelpunkt des Interesses. Ihre Stabilität bei hohen Temperaturen zu gewährleisten, ist jedoch eine Herausforderung, da sich die Kontaktpunkte zwischen den einzelnen Schichten ("Grenzflächen") verschlechtern können, was zu Energieverlust und Leistungsabfall führt.

In einer aktuellen Studie haben Forscherinnen und Forscher herausgefunden, dass sie den Abbau von PSCs bei hohen Temperaturen durch den Einsatz von fluorierten Aniliniums verringern können, einer Klasse von Verbindungen, die in Pharmazeutika, Agrochemikalien und in der Materialwissenschaft verwendet werden. Die Studie wurde von Michael Grätzel von der EPFL, Edward Sargent von der University of Toronto und Kenneth Graham von der University of Kentucky durchgeführt. Sie wurde in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Die Forscherinnen und Forscher haben fluorierte Aniliniumhalogenide während des Schrittes der "Grenzflächenpassivierung" bei der Herstellung der PSCs eingearbeitet. Die Grenzflächenpassivierung ist eine Technik zur Verbesserung der Stabilität und Leistungsfähigkeit der Grenzflächen zwischen verschiedenen Schichten oder Materialien, um Defekte und Ladungsrekombinationen zu reduzieren und die Gesamteffizienz und -stabilität zu verbessern.

Die Zugabe der fluorierten Aniliniumhalogenide verbesserte die Stabilität der PSCs, indem sie die allmähliche Insertion von Tensidmolekülen verhinderte, die derzeit zur Passivierung von Grenzflächen verwendet werden... Dies verhinderte das kontinuierliche Eindringen der genannten Moleküle in die Struktur des Perowskitmaterials, wodurch die Integrität der Kristalle zerstört wird, was zu einem Abbau der PSCs und einer verminderten Leistung führt.

Mit diesem Ansatz erreichten die Wissenschaftler einen zertifizierten quasi-stationären Leistungsumwandlungswirkungsgrad von 24,09% für PSCs mit invertierter Struktur. Als sie eine gekapselte CSP - ein Gerät in einem Schutzgehäuse - bei einer Temperatur von 85 °C, einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % und einer Sonneneinstrahlung von 1 (der Intensität des Sonnenlichts unter normalen Bedingungen bei klarem Himmel am Mittag) testeten, lief das Gerät bei maximaler Energieproduktion für beeindruckende 1560 Stunden (etwa 65 Tage) und behielt dabei seine Funktionalität und Effizienz bei.

Diese Entdeckung stellt einen wichtigen Beitrag zur Stabilität von PSCs dar und bietet eine potenzielle Lösung zur Verbesserung ihrer Leistung, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit in Hochtemperaturumgebungen, was uns dem Einsatz dieser vielversprechenden Photovoltaiktechnologie im Terrawatt-Maßstab einen Schritt näher bringt.

Referenzen

So Min Park, Mingyang Wei, Jian Xu, Harindi R. Atapattu, Felix T. Eickemeyer, Kasra Darabi, Luke Grater, Yi Yang, Cheng Liu, Sam Teale, Bin Chen, Hao Chen, Tonghui Wang, Lewei Zeng, Aidan Maxwell, Zaiwei Wang, Keerthan R. Rao, Zhuoyun Cai, Shaik M. Zakeeruddin, Jonathan T. Pham, Chad M. Risko, Aram Amassian, Mercouri G. Kanatzidis, Kenneth R. Graham, Michael Grätzel, Edward H. Sargent. Engineering ligand reactivity enables high-temperature operation of stable perovskite solar cells. Science 14. Juli 2023. adi4107