NREL: Neue Zusätze für Perowskit-Tandemsolarzelle erhöhen Effizienz und Stabilität

Perowskite haben sich als hocheffizientes Material für Solarzellen erwiesen, aber die Forschung geht weiter, um diese Photovoltaik-Technologie langlebiger zu machen. Die neue Perowskit-Tandemsolarzelle behielt 80 % ihres maximalen Wirkungsgrads nach 1.500 Stunden Dauerbetrieb oder mehr als 62 Tagen. „Dies ist ein beschleunigter Alterungstest im Labor“, sagt Kai Zhu, leitender Wissenschaftler am NREL. „Bei diesem Tandemwirkungsgrad liegt die beste in der Literatur angegebene Stabilität normalerweise bei mehreren hundert Stunden.“

Perowskit bezieht sich auf eine kristalline Struktur und nicht auf ein bestimmtes Element wie Silizium, und die Solarzellen werden aus einer chemischen Lösung hergestellt, die auf ein Substrat aufgebracht wird. Eine Tandem-Perowskit-Solarzelle, bei der zwei Schichten miteinander verbunden sind, um unterschiedliche Teile des Sonnenspektrums einzufangen, kann einen Wirkungsgrad von mehr als 30 % erreichen.

Perowskit-Tandemsolarzelle aus Zinn und Blei

NREL-Forscher:innen hatten 2019 eine Zinn-Blei-Tandem-Perowskit-Zelle mit einem Wirkungsgrad von 23,1 % vorgestellt. Sie kompensierten die durch Zinn verursachten Probleme durch die Zugabe der chemischen Verbindung Guanidiniumthiocyanat, was zu einer deutlichen Verbesserung der strukturellen und optoelektronischen Eigenschaften der Zelle führte. Solarzellen erzeugen Photovoltaik-Strom, wenn das Sonnenlicht die Bewegung von Elektronen auslöst. Eine längere Lebensdauer der Ladungsträger, die mit dieser Bewegung verbunden ist, verbessert den Wirkungsgrad der Solarzelle. Durch die Zugabe von Guanidiniumthiocyanat wurde die Lebensdauer der Ladungsträger von weniger als 200 Nanosekunden auf 1 Mikrosekunde erhöht.

Zur Verbesserung dieses früheren Experiments fügten die Wissenschaftler Phenethylammoniumiodid zusammen mit Guanidiniumthiocyanat hinzu. Bei dem verbesserten Zinn-Blei-Perowskit erhöhte sich die Lebensdauer der Ladungsträger auf etwa 9 Mikrosekunden. Die kombinierten Zusätze verringerten auch die mit der Zinnoxidation verbundene Defektdichte auf ein für Zinn-Blei-Perowskite bisher unerreichtes Niveau, das den Werten reiner Bleiperowskite entspricht.

Die neue Perowskit-Tandemsolarzelle wies auch eine Verbesserung der erzeugten Spannung von 2,1142 Volt auf. Im Vergleich dazu erreichte die beste zertifizierte Tandem-Zelle laut NREL 2,048 Volt.

15.6.2022 | Quelle: NREL | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH