Eviter la dégradation des cellules photovoltaïques à pérovskite

- EN- DE - FR- IT
 (Image: Pixabay CC0)
(Image: Pixabay CC0)

Trotz ihres unglaublichen Potenzials hat die Art und Weise, wie Perowskit-Solarzellen auf äußere Reize - wie Hitze oder Feuchtigkeit - reagieren, einen großen Einfluss auf ihre Stabilität. Forscherinnen und Forscher der EPFL haben die Ursache für ihre Degradation identifiziert und eine Technik zur Verbesserung ihrer Stabilität entwickelt. Dies ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zur allgemeinen Verbreitung dieser kostengünstigen und effizienten Solarzellen.

Perowskit-Solarzellen (PSC) können aus kostengünstigen Materialien bestehen, sind sehr effizient, können herkömmliche Silizium-Solarzellen übertreffen und haben das Potenzial, die erneuerbaren Energien zu revolutionieren. Dennoch ist einer der derzeitigen Nachteile, die ihren weit verbreiteten Einsatz verhindern, ihre mangelnde Betriebsstabilität.

Nun haben Wissenschaftler der EPFL und der Sungkyunkwan-Universität in Südkorea einen Weg gefunden, die Stabilität von PSCs zu verbessern. Die Forscherinnen und Forscher untersuchten den Abbau von Perowskit-Dünnschichten, die durch die Einwirkung von Feuchtigkeit, Hitze und Licht geschädigt werden können. Die in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Studie wurde von den Teams der Professoren Michael Grätzel (EPFL) und Nam-Gyu Park (Sungkyunkwan University) durchgeführt.

Die Wissenschaftler untersuchten zwei spezifische Facetten des Kristalls, ein Begriff, der die ebene Oberfläche des Kristalls bezeichnet, die durch eine bestimmte Anordnung der Atome gekennzeichnet ist. Die Anordnung der Atome auf diesen Facetten kann die Eigenschaften und das Verhalten des Kristalls verändern, wie z. B. seine Stabilität und seine Reaktion auf äußere Reize wie Feuchtigkeit oder Wärme.

Die Forscherinnen und Forscher untersuchten die (100)- und (111)-Facetten von Perowskit-Kristallen. Die (100)-Facette ist eine Ebene senkrecht zur C-Achse eines Kristalls, in dem die Atome in einem sich wiederholenden Muster in Form eines quadratischen Gitters angeordnet sind. In der (111)-Facette sind die Atome in einem dreieckigen Gittermuster angeordnet.

Die Untersuchung ergab, dass die (100)-Facette, die man am häufigsten in Perowskit-Dünnschichten findet, besonders anfällig für Abbau ist, da sie schnell in eine instabile, inaktive Phase übergehen kann, wenn sie Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Im Gegensatz dazu erwies sich die (111)-Facette als wesentlich stabiler und resistenter gegen Abbau.

Die Forscherinnen und Forscher ermittelten auch die Ursache für diesen Abbau und fanden heraus, dass er auf eine starke Bindung zwischen Perowskit und Wassermolekülen zurückzuführen war, die den Übergang von einer stabilen zu einer instabilen Phase bewirkte. Sie nutzten diese Informationen, um eine Methode namens "Facetten-Engineering" zu entwickeln, bei der sie spezielle Ligandenmoleküle verwendeten, um die stabilere Facette (111) wachsen zu lassen. Dadurch konnten außergewöhnlich stabile Perowskitfilme hergestellt werden, die feuchtigkeits- und hitzebeständig sind.

Diese Studie stellt einen wichtigen Fortschritt in der Entwicklung von PSCs dar, da die Stabilität ein großes Hindernis für ihre Kommerzialisierung darstellt. Die Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis bei, wie die verschiedenen kristallinen Facetten zur Stabilität der Filme beitragen. Indem die stabilsten Facetten identifiziert und Wege gefunden werden, ihre Entwicklung zu fördern, könnte es möglich sein, die Gesamtstabilität von CSPs zu verbessern und ihre Kommerzialisierung als zuverlässige und kostengünstige erneuerbare Energiequelle zu beschleunigen.

Nationale Forschungsstiftung von Südkorea (NRF)

Gunes Corporation

Samsung Research Funding Center von Samsung Electronics

Referenzen

Chunqing Ma, Felix T. Eickemeyer, Sun-Ho Lee, Dong-Ho Kang, Seok Joon Kwon, Michael Grätzel, Nam-Gyu Park. Unveiling facet-dependent degradation and facet engineering for stable perovskite solar cells. Science 13. Januar 2023. adf3349