Solarzellen 2.0: Forscher kommen perfekter Perowskit-Technik näher

Perowskit-Solarzellen versprechen günstige Solarenergie, haben aber Schwachstellen. Ein neues Mikroskopie-Toolkit enthüllt nun, was genau ihre Leistung und Lebensdauer beeinträchtigt. Forscher nutzen diese Erkenntnisse zur Optimierung.

Forscher entschlüsseln Perowskit-Geheimnis

Die Solarenergie steht vor einem möglichen Durchbruch: Perowskit-Materialien könnten die Produktion von Solarzellen deutlich günstiger machen. Zwar haben Forscher die Effizienz dieser neuen Technologie in den vergangenen Jahren stark verbessert, doch zwei Hürden bremsen noch ihren breiten Einsatz: Die Perowskit-Zellen sind weniger stabil und schwieriger in Massenproduktion herzustellen als herkömmliche Silizium-Solarzellen.

Ein internationales Forscherteam unter Leitung der University of Cambridge und Beteiligung des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie hat ein innovatives Mikroskopie-Toolkit entwickelt, um Perowskit-Solarzellen auf Nanoebene zu untersuchen. Die Kombination aus optischen und Röntgenmikroskopie-Methoden macht detaillierte Einblicke in Spannungs- und Stromverluste sowie deren Zusammenhang mit strukturellen und chemischen Variationen möglich.


Mittels "hyperspektraler Lumineszenz-Mikroskopie" analysierten sie die Farbe und Intensität des von der Solarzelle emittierten Lichts nach Laser-Bestrahlung. Dies ermöglichte Rückschlüsse auf mikroskopische Spannungsverluste und Ladungstransport in der Zelle. Ergänzend nutzten sie "Nano-Röntgenfluoreszenz", um die chemische Zusammensetzung des Materials präzise zu kartieren. Diese Methoden-Kombination lieferte umfassende Einblicke in die Nanoprozesse der Solarzellen.

"Unser Ziel war es, dieses mikroskopische Zusammenspiel zu verstehen, um die Leistung und die langfristige Haltbarkeit dieser Geräte zu verbessern."

Chemisch tolerant, Spannung mit Spannung

Die Studie zeigt, dass Perowskit-Solarzellen überraschend tolerant gegenüber chemischen Schwankungen sind. Das bedeutet, dass kleine Unregelmäßigkeiten in der Zusammensetzung des Materials - die bei der Herstellung kaum zu vermeiden sind - die Leistung der Perowskit-Zellen weniger beeinträchtigen als bei Silizium-Solarzellen. "Wir zeigten, dass Perowskit-Solarzellen erhebliche mikroskopische chemische Variationen tolerieren können, was sich stark von herkömmlichen Solarzellen wie Silizium unterscheidet", erklärt Cullen Chosy, einer der Hauptautoren.

Allerdings reagieren die Zellen empfindlich auf Unregelmäßigkeiten im Ladungstransport. Je chaotischer der Stromfluss auf mikroskopischer Ebene, desto schlechter die Leistung und schneller die Alterung. Die Forscher konnten basierend auf diesen Erkenntnissen Ansätze zur Reduzierung dieser Verluste identifizieren.

Zukünftig plant das Team laut der Veröffentlichung in Nature, ihr Toolkit weiter auszubauen, um die Langzeitleistung von Perowskit-Fotovoltaik unter verschiedenen Umweltbedingungen zu untersuchen. Ziel ist es, das Verständnis von der atomaren bis zur Modulebene zu verbessern und so die Kommerzialisierung dieser vielversprechenden Technologie voranzutreiben. Die Ergebnisse könnten den Weg für stabilere und effizientere Perowskit-Solarzellen ebnen.

Übersicht Perowskit-Solarzellen:

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