Stabilere Perowskitsolarzellen

Solarzellen auf Basis von Perowskiten bieten eine vielversprechende Ergänzung zu etablierten Siliziumzellen. Besonders doppelte Perowskitschichten bieten sich für möglichst hohe Wirkungsgrade an, da sie jeweils einen anderen Bereich des Sonnenlichtspektrums in elektrischen Strom umwandeln. Allerdings leiden solche Solarzellen bisher an mangelnder Stabilität. Doch dieses Problem haben Forscher nun ansatzweise gelöst: Wie sie in der Fachzeitschrift „Science" berichten, ließ sich durch die Wahl eines speziellen Lösungsmittels beim Herstellen der Solarzellen die Haltbarkeit deutlich verbessern.

Bei der Produktion von Perowskitsolarzellen werden die Perowskitkristalle in meist organischen Flüssigkeiten gelöst. Diese Flüssigkeiten lassen sich dann mit verschiedenen Verfahren in hauchdünnen Filmen auf einer Oberfläche verteilen. Trocknen diese feuchten Filme, bleibt die gewünschte kristalline Perowskitschicht übrig. So lässt sich eine extrem dünne, zweidimensionale Perowskitschicht auf dickere, dreidimensionale Perowskitkristalle aufbringen. „Doch wenn man eine zweidimensionale Schicht auf eine dreidimensionale aufbringt, zerstört das Lösungsmittel zwangsläufig die untere Schicht", sagt Aditya Mohite von der Rice University in Houston. Genau diesen Effekt, der die Haltbarkeit der Solarzellen erheblich verringert, konnte der Forscher gemeinsam mit Kollegen von der französischen Universität Rennes über die richtige Wahl des Lösungsmittels deutlich reduzieren.

Experimentaufbau

Der Schlüssel zum Erfolg lag im Austarieren von zwei Eigenschaften der Lösungsmittel. Die Forscher nutzten eine Flüssigkeit, bei der die Fähigkeit, Elektronen abzugeben, und die dielektrische Konstante – ein Maß für die elektrische Durchlässigkeit – im Gleichgewicht standen. Damit ließ sich die obere, hauchdünne Perowskitschicht als dünner Flüssigkeitsfilm auftragen, ohne dass die untere, etwas dickere Perowskitschicht beschädigt wurde. Das Ergebnis war eine Perowskitsolarzelle mit 24,5 Prozent Wirkungsgrad. Selbst nach zweitausend Stunden büßte diese Solarzelle weniger als ein Prozent ihrer Effizienz ein. Die obere Schicht wandelte dabei Sonnenlicht im sichtbaren Bereich, die untere im nahen Infrarotbereich in elektrischen Strom um.

„Das ist ein sehr gutes Ergebnis", sagt Solarzellenexperte Kaining Ding vom Forschungszentrum Jülich, der nicht an dieser Studie beteiligt war. Dennoch sei der Weg zu einer höheren Stabilität der Solarmodule noch lang. Denn 2000 Stunden sind im Vergleich zu 100 000 Stunden, die heutige Siliziumsolarzellen bei einem Betrieb von 25 Jahren durchhalten, noch sehr wenig. Doch zeigt die Studie, dass sich mit weiterer Forschung die Haltbarkeit von Perowskitsolarzellen noch deutlich verbessern lässt. „Das aktuelle Ergebnis ist auf jeden Fall ein weiterer Schritt in die richtige Richtung", sagt Ding.