Britische Forscher ersetzen Blei durch Wismut in Perowskit-Zellen

Forscher der Cambridge Universität haben eine Alternative für Blei in Perowskit-Zellen entdeckt. Bei Testversuchen zeigte das „grüne“ Element Wismut die gleichen außergewöhnlichen Eigenschaften wie das Schwermetall und ist darüber hinaus weniger umweltschädlich, wie die Wissenschaftler am Dienstag bekannt gaben. Eine andere Forschungsgruppe habe bei anschließdenden Experimenten bereits einen Wirkungsgrad von 22 Prozent bei Wismut-Perowskit-Solarzellen erreicht.

Die meisten Solaranlagen, ob Dach oder Freifläche, nutzen auf Silizium basierende Solarzellen. In der Photovoltaik-Industrie werde jedoch besonders reines Silizium benötigt, was die Produktion der Solarmodule äußerst energieintensiv mache. Aus diesem Grund beschäftigen sich Wissenschaftler schon längere Zeit damit, eine Alternative zu den Silizium-Solarzellen zu entwickeln. Nach Angaben der Universität drängen sich hybride Blei-Halogenid-Perowskit-Zellen in den Vordergrund, die bei Test einen Wirkungsgrad von bis zu 22 Prozent aufgezeigt haben sollen. Jedoch sei neben dem starken Leistungsabfall innerhalb weniger Tage, das umweltschädliche Schwermetall Blei ein großes Problem. Die Wissenschaftler hätten daher schon länger nach einem Ersatzmaterial geforscht, ohne die Leistung der Perowskit-Zellen zu mindern. „Wir wollten herausfinden, warum Blei-Halogenid-Perowskit-Solarzellen weniger anfällig für Defekte sind, als es bei anderen Materialien der Fall ist“, sagte Robert Hoye vom Cavendish Laboratory der Universität Cambridge. „Wenn uns das gelingt, dann können wir vielleicht die Eigenschaften mit ungiftigeren Materialien replizieren.“

In Zusammenarbeit mit dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) National Renewable Energy Laboratory und der Colorado School of Mines hätten die Wissenschaftler nun belegt, dass sich Wismut als Alternativmaterial für Perowskit-Solarzellen eignet. Das wegen seiner Umweltverträglichkeit als „grünes“ Element bezeichnete Schwermetall, werde heutzutage vor allem in der Kosmetik und Medizin verwendet. Der Universität zufolge nahmen die Wissenschaftler für ihre Tests Wismutoxyiodid, dass schon als mögliches Material für die Power-to-gas-Technology erprobt wurde. Jedoch sei das Metall hier im flüssigen Elektrolyt zu wenig widerstandsfähig gewesen und habe darüber hinaus eine zu geringe Effizienz aufgezeigt.

Die Forschungsergebnisse hätten nun bewiesen, dass Wismutoxyiodid in Perowskit-Zellen die gleiche geringe Anfälligkeit gegenüber Defekten wie Blei aufweise. Zusätzlich sei das „grüne“ Element an der Luft für mindestens 197 Tage stabil und somit deutlich länger als das umweltschädlichere Schwermetall. „Wismutoxyiodid verfügt über alle wichtigen physikalischen Eigenschaften für neue, hocheffiziente Lichtabsorber“, sagte Co-Autor, Professor Judith Driscoll, vom Institut für Materialwissenschaft und Metallurgie. Die Ergebnisse haben die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe des Forschungsjournals „Advanced Materials“ veröffentlicht.