Ein internationales Forschungsteam, angeführt von der Universität Stuttgart, hat bedeutende Fortschritte bei der Verbesserung der Stabilität von Perowskit-Solarzellen erzielt. Diese Technologie wird als vielversprechend für die Zukunft der Photovoltaik angesehen, da sie eine hohe Effizienz bei gleichzeitig geringeren Produktionskosten im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Solarzellen bietet. Die jüngsten Ergebnisse wurden im angesehenen Fachjournal Nature Energy veröffentlicht und zeigen, dass die neu entwickelten Solarzellen besser gegen schädliche Umwelteinflüsse geschützt sind.
Die Herausforderung bei der Verwendung von Perowskit-Solarzellen liegt oft in ihrer Anfälligkeit gegenüber Licht, Temperatur, Feuchtigkeit und mechanischer Spannung. Laut Professor Michael Saliba, dem Leiter des Instituts für Photovoltaik an der Universität Stuttgart, wurde in den letzten Jahren viel unternommen, um diese Zellen widerstandsfähiger zu machen. Dennoch bleibt die zuverlässige Nutzung unter wechselnden Umweltbedingungen eine große Herausforderung. Das Forschungsteam hat sich intensiv mit der Optimierung der Materialmischungen beschäftigt und dabei besondere Fortschritte erzielt.
Ein zentrales Element der Forschung sind die sogenannten Tripel-Kationen, eine spezielle Materialkombination, die aus Methylammonium, Formamidium und Cäsium besteht. Diese Tripel-Kationen-Perowskite gelten als Goldstandard in der Branche, da sie hohe Effizienz mit einer bemerkenswerten Langzeitstabilität verbinden. Professor Saliba, der diese spezielle Gruppe von Materialien bereits 2016 identifiziert und intensiv untersucht hat, hebt hervor, dass die besonderen geometrischen Eigenschaften der Perowskite es ermöglichen, ihre Eigenschaften durch gezielte Veränderungen präzise einzustellen.
Um die Stabilität der Korngrenzen, die als besonders anfällig für Umwelteinflüsse gelten, zu verbessern, haben die Forscher innovative lichtschaltbare Moleküle in die Struktur eingeführt. Diese Moleküle verändern ihre Form bei Lichteinwirkung, was eine dynamische Regulierung ermöglicht. Dadurch fungieren sie als Puffer, der mechanische Spannungen im Material absorbiert und somit die gesamte Solarzelle stabilisiert. Dr. Weiwei Zuo, ein Mitautor der Studie, erklärt, dass die Korngrenzen wie die Fugen zwischen Pflastersteinen sind: Sie sind entscheidend für die Stabilität des gesamten Materials, aber auch besonders anfällig für Umwelteinflüsse.
Die Forscher haben die neuartigen Perowskit-Solarzellen unter realistischen Bedingungen getestet, die typischerweise während des täglichen Betriebs auftreten. Die Ergebnisse sind vielversprechend: Nach zwei Stunden starker UV-Bestrahlung bei 65 °C und 600 Temperaturzyklen zwischen -40 und +85 °C behielten die Zellen mehr als 95 Prozent ihrer ursprünglichen Leistung und erzielten einen Wirkungsgrad von etwa 27 Prozent. Dieses neu entwickelte Materialdesign verbessert nicht nur die Leistung, sondern auch die Betriebsstabilität und Lebensdauer der Perowskit-Solarzellen erheblich.
Die Ergebnisse dieser Forschung könnten entscheidend für die künftige Kommerzialisierung von Perowskit-Solarzellen sein, da sie eine potenziell zuverlässige Alternative zu herkömmlichen Silizium-Halbleitern darstellen. Laut Saliba und Zuo haben die Fortschritte in der Materialwissenschaft das Potenzial, die Anwendung von Perowskit-Solarzellen in der Praxis zu revolutionieren. Die Kombination aus hoher Effizienz und verbesserter Stabilität könnte dazu beitragen, die Akzeptanz dieser Technologie im Markt zu erhöhen und sie zu einer tragenden Säule der erneuerbaren Energien zu machen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Forschung an Perowskit-Solarzellen einen entscheidenden Schritt nach vorne gemacht hat, um ihre Anfälligkeit für Umwelteinflüsse zu reduzieren. Dies könnte nicht nur die Lebensdauer und Effizienz der Zellen erhöhen, sondern auch deren kommerziellen Einsatz in der Photovoltaik fördern. Solche Innovationen sind entscheidend, um die globalen Ziele zur Nutzung erneuerbarer Energien zu erreichen und den Übergang zu einer nachhaltigen Energiezukunft zu unterstützen.
