Eine Gruppe von Forschenden des Forschungszentrums Jülich hat eine planare Perowskit-Solarzelle entwickelt, die bei hohen Temperaturen eine Betriebsstabilität von über 1400 Stunden erreichen soll. Vor der Auswahl des Perowskit-Materials für die Zelle testeten die Wissenschaftler hunderte verschiedene Perowskit-Mischungen und untersuchten mit Hilfe einer selbst konstruierten Hochdurchsatz-Screening-Plattform deren thermische Stabilität. Die Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 20,9 Prozent sei ohne die ionischen Dotierstoffe oder Metalloxid-Nanopartikel gebaut worden, die üblicherweise zur Kontaktierung der Zelle verwendet werden, da diese bei höheren Temperaturen Sekundärreaktionen ausgesetzt sein können, erklärten die Forschenden weiter.
Die gesamte Zellelektrode wurde in einer Art Schutzhülle mit einer zweischichtigen Polymerstruktur eingebettet, wobei die Unterseite undotiert und die Oberseite mit einem nicht-ionischen Stoff dotiert wurde. Das soll Jülicher Forschenden zufolge vor Degradation schützt und gleichzeitig die Aufrechterhaltung des Kontakts gewährleistet. „Diese Architektur schützt zum einen die sehr empfindliche Schnittstelle zum Perowskit und zeigt zum anderen eine außergewöhnlich stabile Leitfähigkeit, auch bei erhöhten Temperaturen“, betonen sie. „Das dotierungsfreie Polymer bildet eine Säurebarriere zwischen dem Perowskit und dem säuredotierten Polymer.“
Unter Standardbeleuchtungsbedingungen konnte die Zelle 1450 Stunden lang bei erhöhten Temperaturen von etwa 65 Grad Celsius betrieben werden. Am Ende des Testzeitraums hatte sie immer noch 99 Prozent ihrer ursprünglichen Effizienz. „Langfristige Vorhersagen sind immer schwierig, aber die von uns entwickelte Perowskit-Solarzelle könnte unter normalen Umständen sicherlich mehr als 20.000 Stunden betrieben werden“, so der Forscher Christoph Brabec.
Die Zelle wird in der Arbeit „A bilayer conducting polymer structure for planar perovskite solar cells with over 1,400 hours operational stability at elevated temperatures“ vorgestellt, die kürzlich in dem wissenschaftlichen Journal „Nature Energy“ veröffentlicht wurde.
Mit Blick auf die Zukunft wollen die Wissenschaftler die Effizienz der Solarzelle verbessern. „Mit einem Wirkungsgrad von 20,9 Prozent schöpft die getestete Zelle das Potenzial noch nicht voll aus. 24 bis 25 Prozent sollten in naher Zukunft möglich sein“, erklärte der Mitautor der Studie, Yicheng Zhao.
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