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pte20190913022 Umwelt/Energie, Forschung/Technologie

Fehlstellen bei Perowskit-Solarzellen beseitigt

Neue Höchstleistungen: US-Wissenschaftler verhindern Kristalldefekte im Zuge der Synthetisierung


Mikroskopischer Blick in einen Perowskit-Kristall (Foto: rpi.edu)
Mikroskopischer Blick in einen Perowskit-Kristall (Foto: rpi.edu)

Troy (pte022/13.09.2019/12:30) - Forscher des Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) http://rpi.edu haben herausgefunden, dass Fehlstellen bei Perowskiten, denen bisher keine Bedeutung beigemessen wurde, den Wirkungsgrad negativ beeinflussen. Werden diese beseitigt, leisten Metallhalogenid-Perowskit-Solarzellen demnach noch mehr als bisher, so die US-Forscher.

Verbesserungen in Rekordzeit

"Defekte in Werkstoffen können gute oder schlechte Auswirkungen haben", so Jian Shi, RPI-Assistenzprofessor für Materialwissenschaften. Bei Perowskiten habe bisher niemand auf die Folgen solcher Fehlstellen geschaut. "Wir haben jetzt gezeigt, dass es damit ein Problem gibt", sagt Shi. Vor wenigen Jahren entdeckten Forscher Perowskite als Basismaterial für Solarzellen. Anfangs lag der Wirkungsgrad bei mageren drei Prozent. Doch binnen weniger Jahre stieg er auf 25 Prozent. Damit liegt er gleichauf mit den besten Siliziumzellen.

Licht regt die Elektronen in den Metallhalogenid-Perowskiten an, sie erreichen ein höheres energetisches Niveau. Je länger dieser Zustand bleibt, desto mehr Strom wird erzeugt. Perowskite erfüllen dieses Kriterium mit Bravour. Shi und sein Team haben nun herausgefunden, dass die Beseitigung bestimmter Kristallfehler den Wirkungsgrad noch erhöht. Das gelang durch unterschiedliche Vorgehensweisen bei der Synthetisierung der Kristalle - sie kommen zwar natürlich vor, werden aber für technische Zwecke gezüchtet.

Elektronen bleiben länger aktiv

Zum einen haben die Experten sie den Perowskit auf einer Unterlage ausgebaut, die mit dem Kristall stark interagiert. Zum anderen wählten sie ein Substrat, das eine geringe Wechselwirkung hat. Im zweiten Fall zeigten sich deutlich weniger Kristallfehler. In diesen Perowskiten vervierfachte sich die Zeit, in der der angeregte Zustand der Elektronen erhalten blieb, sodass mehr davon "geerntet", also zur Erzeugung von Strom genutzt werden konnten.

Zu den neuen Erkenntnissen trugen auch Forscher von chinesischen und amerikanischen Universitäten sowie Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich http://fz-juelich.de bei.

(Ende)
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