Neue Entdeckung macht Perowskit-Solarzellen endlich praxistauglich

Perowskit-Solarzellen haben bewiesen, dass sie viel effizienter Sonnenlicht in Strom umwandeln als herkömmliche Modelle. Allerdings sind sie auch empfindlich gegen Temperatur­schwan­kungen. Forscher aus München haben hierfür aber eine Lösung.

Kristallgitter unter Spannung

Die Wissenschaftler von der Technischen Universität haben gemeinsam mit Partnerinstitutionen neue Erkenntnisse zur Stabilität von Perowskit-Solarzellen gewonnen. An der Studie beteiligt waren unter anderem das Karlsruher Institut für Technologie, das Deutsche Elektronen-Synchrotron sowie das KTH Royal Institute of Technology.

Gemeinsam untersuchten die Forschenden, wie sich wiederholte Temperaturwechsel, etwa zwischen kühlen Nächten und heißen Tagen, auf die Struktur der Solarzellen auswirken. Diese sogenannten thermischen Zyklen führen dazu, dass das Material schneller altert und an Leistungsfähigkeit verliert.


Im Zentrum der Untersuchungen stand die mikroskopische Struktur der Perowskit-Schichten. Mithilfe hochauflösender Röntgenanalysen konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich das Kristallgitter bei Temperaturänderungen ausdehnt und zusammenzieht. Besonders auffällig war eine frühe Phase der Degradation, die als "Burn-in" bezeichnet wird. In dieser Anfangsphase kann die Leistungsfähigkeit der Zellen deutlich sinken.

Moleküle dämpfen die Kräfte

Die Ursache dafür liegt offenbar in inneren Spannungen im Material, die durch die ständigen Temperaturwechsel entstehen. Diese Spannungen führen zu strukturellen Veränderungen, die sich negativ auf die Effizienz auswirken. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen entwickelten die Forschenden Strategien, um die Stabilität der Solarzellen zu verbessern.

Ein Ansatz besteht darin, die empfindliche Kristallstruktur mithilfe sogenannter molekularer Anker zu stabilisieren. Dabei kommen organische Moleküle zum Einsatz, die wie Abstandshalter wirken und das Material zusammenhalten. In Vergleichstests erwies sich ein bestimmtes Molekül als besonders geeignet, um die Struktur auch unter Belastung stabil zu halten.

Die Ergebnisse könnten einen wichtigen Schritt in Richtung langlebiger und effizienter Solarzellen darstellen. Insbesondere für sogenannte Tandem-Solarzellen, bei denen mehrere Schichten kombiniert werden, gilt eine verbesserte Stabilität als entscheidend für den praktischen Einsatz über viele Jahre hinweg.


Siehe auch: