Hauchdünner Film macht Solarzellen haltbarer
Neues Material Natriumwismutsulfid für Perowskit-Zellen hocheffizient und preiswert zudem
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Sonnenlicht: Solarenergie lässt sich dank NaBiS2 bald noch effektiver nutzen (Foto: Joe/pixabay.com) |
London/Cambridge/Berlin (pte003/29.08.2022/06:10)
Natriumwismutsulfid (NaBiS2) hat das Potenzial, Perowskit-Solarzellen zum neuen Hoffnungsträger in Sachen Langlebigkeit zu machen. Das ungiftige Material, dessen Bestandteile auf der Erde in großen Mengen vorhanden und daher billig sind, absorbiert ebenso viel Sonnenstrahlung, ist aber 10.000 Mal dünner als Zellen auf Siliziumbasis, wie Forscher des Imperial College London (ICL) http://imperial.ac.uk , der University of Cambridge http://cam.ac.uk und des Helmholtz-Zentrums Berlin http://helmholtz-berlin.de herausgefunden haben.
NaBiS2-Solarzellen druckbar
Die Module eignen sich aufgrund ihres geringen Gewichts vor allem für mobile Einsätze wie E-Autos und Flugzeuge. Die Filme, die das Sonnenlicht einfangen und es in Strom umwandeln, sind nur 30 Nanometer dick. "Wir haben ein Material gefunden, das Licht stärker absorbiert als herkömmliche Werkstoffe für die Solarzellenherstellung. Und es lässt sich drucken", sagt Yi-Teng Huang, Doktorand an der University of Cambridge. Das mache die Sache noch preiswerter.
Die Natrium- und Wismutionen in NaBiS2 haben ähnliche Größen, was bedeutet, dass sie, anstatt verschiedene kristallografische Stellen geordnet zu besetzen, sich wahllos und ungleichmäßig verteilen. Diese Inhomogenität erhöht die Fähigkeit des Materials, Sonnenlicht zu absorbieren. "Inhomogenität wird allgemein als Feind von Solarzellen angesehen", sagt Seán Kavanagh, Doktorand am ICL. "Es ist bekannt, dass dadurch die Effizienz herkömmlicher Solarmaterialien wie Silizium, Cadmiumtellurid und Galliumarsenid drastisch einbricht. Es galt, diese Unordnung um jeden Preis zu vermeiden. Doch wir haben gezeigt, dass das nicht immer gilt."
Stabil trotz fehlenden Schutzes
Während eines elfmonatigen Tests, bei dem NaBiS2 ungekapselt war und mit der Umgebungsluft reagieren konnte, blieb es absolut stabil, "was im krassen Gegensatz zu anderen neuartigen Fotovoltaikmaterialien wie Bleihalogenid-Perowskiten steht", verdeutlichen die Wissenschaftler. Das deute auf eine langfristige Haltbarkeit des Materials hin, die eine Schlüsselanforderung für kommerzielle Solarzellen sei.
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