Invertierte Perowskit-Solarzelle erreicht 25 Prozent Wirkungsgrad
Wissenschaftler der City University of Hong Kong (CityU) und des Imperial College London in Großbritannien haben eine invertierte Perowskit-Solarzelle auf der Basis einer metallorganischen Verbindung namens FcTc2 (Ferrocenyl-bis-thiophen-2-carboxylat) hergestellt, die sowohl den Wirkungsgrad als auch die Stabilität der Photovoltaik-Lösung verbessern soll.
„Ferrocene sind Verbindungen mit Eisen im Zentrum, umgeben von sandwichartigen Ringen aus Kohlenstoff“, so die Forscher. „Die einzigartige Struktur von Ferrocen wurde erstmals 1952 von Imperials Nobelpreisträger Professor Geoffrey Wilkinson erkannt, und Ferrocene werden auch heute noch weltweit wegen ihrer einzigartigen Eigenschaften erforscht.“
Die Solarzelle hat eine p-i-n-Struktur und wurde mit einem Substrat aus Glas und fluordotiertem Zinnoxid (FTO) hergestellt. Dieses wurde mit einer Lösung auf der Basis von Poly(triaryl)amin (PTAA) beschichtet, das als ausgezeichnetes Material für den Transport von Löchern und die Sperrung von Elektronen gilt, sowie mit einer Perowskit-Schicht, einer Ferrocen-Schicht, einer Pufferschicht aus Bathocuproin (BCP) und einer Top-Elektrode auf der Basis von Gold (Au).
Die Zelle erreicht einen Wirkungsgrad von 25 Prozent und behält mehr als 98 Prozent ihres anfänglichen Wirkungsgrads, nachdem sie 1500 Stunden lang unter normalen Beleuchtungsbedingungen kontinuierlich am maximalen Leistungspunkt betrieben wurde. „Darüber hinaus haben die Zellen die internationalen Standards für ausgereifte Photovoltaik (IEC61215:2016) erfüllt und eine hohe Stabilität im feuchten Hitzetest – 85 Grad Celsius und 85 Prozent relative Luftfeuchtigkeit – gezeigt“, so die Wissenschaftler.
Ihre Ergebnisse wurden in der Publikation „Organometallic-functionalized interfaces for highly efficient inverted perovskite solar cells“ in Science veröffentlicht. „Wir sind das erste Team, dem es gelungen ist, die Perowskit-Solarzelle mit invertierter Architektur auf einen rekordverdächtigen Wirkungsgrad von 25 Prozent zu steigern und den von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission vorgeschriebenen Stabilitätstest zu bestehen“, so CityU-Forscher Zonglong Zhu.
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Im Text steht Gold (Au) im Bild ist Silber (Ag). Und die Stabilität einer Laborzelle ist ja schön.
Von einer industriellen Reife ist nichts geschrieben, sehr wahrscheinlich, dass diese auch mit der derzeitigen Technik nicht erreichbar ist.
Hoffentlich lässt sich diese Stabilität auch in die Praxis umsetzen! Irgendwelche seltenen Stoffe scheint es auch nicht zu enthalten. Das FcTc2 ist hoffentlich nicht zu giftig?
Das dann als Dünnschicht mit a-Si kombiniert schafft man weit über 30% Gesamtausbeute. Damit würde es sogar für mobile Anwendungen interessant.
Wenn die Grafik oben korrekt ist, enthält diese Zelle leider immer noch Silber (Ag) und Indium (ITO = Indium-Zinn-Oxid), was beides sehr seltene Metalle bzw. Stoffe sind.
Man müsste versuchen das Silber durch Aluminium zu ersetzen, auch wenn man dadurch, wegen des erhöhten Widerstandes, die Effizienz leicht verringert.
Für das Ersetzen von Indium-Zinn-Oxid würde sich Graphen eignen, woran schon für den Einsatz bei Monitoren geforscht wird, denn diese benötigen ebenfalls ITO:
https://www.golem.de/news/graphen-skalierbare-graphen-waferbeschichtung-soll-indium-ersetzen-2201-162619.html
[…] pro Quadratmeter (der Solaranlage) maximiert wird. Studien zeigen, dass moderne Solarzellen Wirkungsgrade von über 25% erreichen können, im Vergleich zu etwa 15% vor einem Jahrzehnt (entspricht einer ungefähren Steigerung von 1% pro […]