University of Toronto: Quantenpunkte können die Stabilität von Perowskit-Solarzellen verbessern

24. Mai 2019 - 3 minutes read

Perowskite sind eine Substanz, in die Solarzellentechnologen große Hoffnung setzen. Sie versprechen günstig zu sein und einen hohen Wirkungsgrad. Noch lässt jedoch ihre Stabilität zu wünschen übrig. Forscher der University of Toronto haben nun Perowskite und Quantenpunkte in zwei verschiedenen Hybridmaterialien kombiniert. In beiden Fällen verbesserte sich die Stabilität.Ein Team der University of Toronto unter der Leitung von Professor Ted Sargent hat jetzt zwei Solartechnologien miteinander kombiniert, die beide als chancenreich gelten, in der Praxis aber noch Probleme machen: Perowskite und Quantenpunkte, also kleine Nanopartikel. Den Forschern zufolge ist bei beiden die Stabilität die größte Herausforderung. Demnach ändert sich bei einigen Arten von Perowskiten bei Raumtemperatur die 3D-Kristallstruktur, wodurch sie transparent werden und die Sonnenstrahlung nicht mehr vollständig absorbieren. Bei Quantenpunkten wiederum könnten Temperaturen über 100 Grad Celsius die Passivierungsschicht zerstören. Dadurch aggegierten sie, was die Lichtausbeute beeinträchtige. In einem in der Zeitschrift „nature“ veröffentlichten Bericht legen die Forscher nun dar, dass bei einer Kombination beider Technologien Perowskite und Quantenpunkte sich gegenseitig stabilisieren können.
Das Forscherteam untersuchte zwei Arten von Hybridmaterialien. Eines davon bestand hauptsächlich aus Quantenpunkten aus einem Blei-Chalkogenid mit etwa 15 Prozent Perowskit-Anteil und sollte Licht in Elektrizität verwandeln. Das andere bestand hauptsächlich aus Perowskiten mit weniger als 15 Prozent Quantenpunkten und sollte als Teil einer Leuchtdiode Elektrizität in Licht umwandeln. Dem Team zufolge blieb das Perowskit-Material unter Umgebungsbedingungen sechs Monate lang stabil – zehnmal länger als Materialien, die ausschließlich aus Perowskiten bestehen. Und bei dem Quantenpunkt-Material sei die Aggregation der Nanopartikel beim Erhitzen auf 100 Grad Celsius fünfmal geringer gewesen als ohne die Stabilisierung mit Perowskiten.
Mit ihrem Artikel wollen die Forscher einen Proof-of-Concept für die Idee liefern, dass solche Hybridmaterialien die Stabilität verbessern können. Für die Zukunft hoffen sie, dass Produzenten von Solarzellen ihre Ideen aufgreifen und weiterentwickeln, um lösungsbasierte Solarzellen zu entwickeln, die dieselben Kriterien erfüllen wie herkömmliches Silizium.
Perowskite definieren sich über ihre Kristallstruktur und können verschiedene chemische Elemente enhalten. Derzeit wird weltweit an Solarzellen gearbeitet, die entweder nur auf Perowskit-Basis funktionieren und verprechen günstiger zu sein als heutige Silizium-Solarzellen, und an solchen, in denen Perovskite mit Silizium-Solarzellen kombiniert werden, womit sich der Wirkungsgrad steigern lässt.
Aus Sicht von Jeffrey C. Grossman vom Massachusetts Institute of Technology, der nicht an der Studie beteiligt war, haben Perowskite ein enormes Potenzial für die Solartechnik. Es fehle aber noch an grundlegenden Lösungen, um stabile und robuste Materialien herzustellen, die den hohen Anforderungen der erneuerbaren Energien gerecht werden. Laut Crossmann zeigt die Toronto-Studie zeigt einen spannenden neuen Weg zu stabilen Perowskit-Kristallphasen.
Quelle: PV-Magazin
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