Ultradünne Solarzellen mit 2D-Perowskit-Verbindung für höheren Photovoltaik-Wirkungsgrad.
Ingenieure der Rice University haben einen neuen Maßstab bei der Entwicklung von atomar dünnen Solarzellen aus halbleitenden Perowskiten gesetzt, die ihre Effizienz steigern und gleichzeitig ihre Umweltverträglichkeit bewahren.
Das Labor von Aditya Mohite von der George R. Brown School of Engineering an der Rice University entdeckte, dass das Sonnenlicht selbst den Raum zwischen den Atomschichten in 2D-Perowskiten so weit zusammenzieht, dass sich der photovoltaische Wirkungsgrad des Materials um bis zu 18 % verbessert - ein erstaunlicher Sprung in einem Bereich, in dem Fortschritte oft in Bruchteilen von Prozent gemessen werden. In 10 Jahren werden die Wirkungsgrade von Perowskiten von etwa 3 % auf über 25 % in die Höhe schnellen. Andere Halbleiter haben etwa 60 Jahre gebraucht, um dieses Ziel zu erreichen.
Perowskite sind Verbindungen mit würfelförmigen Kristallgittern, die hocheffiziente Lichtsammler sind. Ihr Potenzial ist seit Jahren bekannt, aber sie stellen ein Rätsel dar: Sie sind gut darin, Sonnenlicht in Energie umzuwandeln, aber Sonnenlicht und Feuchtigkeit zersetzen sie.
Man geht davon aus, dass eine Solarzellentechnologie 20 bis 25 Jahre lang funktioniert. Seit vielen Jahren wird an mit Bulk-Perowskiten geforscht, die sehr effizient, aber nicht so stabil sind. Im Gegensatz dazu sind 2D-Perowskite zwar sehr stabil, aber nicht effizient genug, um sie auf einem Dach zu verbauen. Das große Problem besteht darin, sie effizient zu machen, ohne die Stabilität zu beeinträchtigen.
In 2D-Perowskiten lässt Sonnenlicht den Raum zwischen den Atomen effektiv schrumpfen, was ihre Fähigkeit zur Stromübertragung verbessert. Das Material und die Schichten werden durch die Beleuchtung wie ein Schwamm zusammengedrückt und so wird der Ladungstransport optimiert. Eine Schicht aus organischen Kationen zwischen dem Jodid auf der Oberseite und dem Blei auf der Unterseite verbessert die Wechselwirkungen zwischen den Schichten. Perowskit ist vielversprechend für effiziente, robuste Solarzellen.
Eine der Hauptattraktionen von 2D-Perowskiten besteht darin, dass sie in der Regel organische Atome enthalten, die als Feuchtigkeitsbarrieren wirken, thermisch stabil sind und das Problem der Ionenmigration lösen.
Das würde die Möglichkeiten der Perowskite verändern, denn dann könnte man beginnen, 2D-Perowskite für 2D-Perowskit/Silizium- und 2D/3D-Perowskit-Tandems zu verwenden. Dies ermöglichte Wirkungsgrade von annähernd 30 % was für die Kommerzialisierung super wäre.