Obwohl das Potenzial von Perowskit-Solarzellen bekannt ist, hohe Wirkungsgrade und niedrige Produktionskosten zu verbinden, gibt es immer noch eine Fülle von Aspekten, die auf der Suche nach dem besten Gleichgewicht zwischen Leistung, Stabilität und Kosten sowie Umweltfaktoren und Materialverfügbarkeit untersucht werden. Passivierungsschichten, die auf das Perowskitmaterial aufgebracht werden, spielen eine wesentliche Rolle bei der Verringerung von Materialdefekten und unerwünschten Reaktionen innerhalb des Materials, um sowohl die Leistung als auch die Stabilität zu verbessern. Eine Strategie, die sich in der Forschung bewährt hat, ist die Verwendung von Materialien aus der Gruppe der Alkylammoniumhalogenide. In vielen Fällen bilden diese eine zusätzliche zweidimensionale Perowskit-Schicht, was die Stabilität verbessern, aber auch die Leistung beeinträchtigen kann.
Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern von Instituten aus China, Italien, Litauen, der Schweiz und Luxemburg hat versucht, diese Herausforderung zu meistern. Dafür verwendeten sie ein Isomer – also eine andere chemische Struktur – eines zuvor untersuchten Passivierungsmaterials. Dieses war zwar nachweislich weniger bereit, eine zweidimensionale Perowskit-Schicht zu bilden, bot aber dennoch viele der Vorteile. Der Ansatz wird ausführlich in dem Artikel „Tuning structural isomers of phenylenediammonium to afford efficient and stable perovskite solar cells and modules“ beschrieben, der in „Nature Communications“ veröffentlicht wurde.
Die mit der Passivierung hergestellten Zellen erreichten auf einer Fläche von 0,09 Quadratzentimeter einen Wirkungsgrad von 23,9 Prozent – und einen Wirkungsgrad von 21,4 Prozent, wenn diese Fläche auf 26 Quadratzentimeter vergrößert wurde. Die Zellen behielten 85 Prozent dieses ursprünglichen Wirkungsgrads nach 1000 Betriebsstunden bei, und 75 Prozent nach 1000 Stunden bei 85 Grad Celsius in einer Stickstoffatmosphäre.
Dem Team zufolge zeigt die Studie ein neues Material, das für die Herstellung von Perowskit-Zellen von Interesse sein könnte, sowie einen neuen Ansatz für die chemische Bearbeitung der Passivierungsschicht, der noch beeindruckendere Ergebnisse liefern könnte. „Diese Studie zeigt, dass die Veränderung funktioneller Gruppen und chemischer Strukturen eine wirksame Strategie zur Entwicklung neuartiger organischer Kationenpassivatoren mit kontinuierlicher und stabiler Passivierungswirkung sein sollte“, so das Team. Das könne „den Weg für eine Vergrößerung der Perowskit-Photovoltaik auf kommerziell relevante Größen ebnen“.
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