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pte20220126022 Umwelt/Energie, Produkte/Innovationen

Perowskit-Solarzelle vor dem Durchbruch

Forscher der EPFL und der North Carolina State University überwinden mangelnde Langlebigkeit


Upscaling mit einer neuen Technik: Perowskit-Zellen altern nicht mehr so stark (Foto: Aram Amassian)
Upscaling mit einer neuen Technik: Perowskit-Zellen altern nicht mehr so stark (Foto: Aram Amassian)

Raleigh/Lausanne (pte022/26.01.2022/12:30) -

Eine preiswerte Herstellungstechnik für langlebige Zellen auf Perowskit-Basis hat ein Team um Materialwissenschaftler Aram Amassian von der North Carolina State University http://ncsu.edu und Michael Grätzel von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne EPFL http://epfl.ch entwickelt.

Großflächiges Spin Coating

Nur wenige Quadratzentimeter große Zellen dieser Art werden erfolgreich mit einem Verfahren namens Rotationsbeschichtung (Spin Coating) hergestellt. Dabei wird feinstes Perowskit-Pulver in einer Flüssigkeit aufgelöst. Diese wird dann auf ein Substrat geträufelt, das in Rotation versetzt wird. Die Keramik verteilt sich dabei durch die Fliehkraft gleichmäßig auf dem Substrat. Zellen, die mit diesem Verfahren hergestellt werden, haben einen hohen Wirkungsgrad und altern kaum. Doch da sie so klein sind, haben sie keine praktische Bedeutung. Spin Coating wird bereits in anderen Bereichen eingesetzt, etwa zum Beschichten von Brillengläsern mit entspiegelndem und kratzfestem Material.

Amassian, Grätzel und dessen wissenschaftlicher Mitarbeiter Hong Zhang haben das Verfahren auf großflächige Substrate erweitern. Bisher galt das als unmöglich, weil das Lösungsmittel zu langsam verdunstete, sodass die meisten Perowskit-Moleküle an den Außenrändern des Substrats zu finden waren. Das Team hat das Lösungsmittel so modifiziert, dass es genau mit der richtigen Geschwindigkeit verdunstet. Das Ergebnis ist ein gleichmäßiger optoelektrisch aktiver Film auf einem Substrat mit einem Durchmesser von mehreren zehn Zentimetern. Daraus lassen sich Zellen mit einer Fläche von 45,6 Quadratzentimetern herstellen und zu Modulen zusammensetzen, die Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln.

Problem der Alterung gelöst

"Mein Team konzentriert sich jetzt auf Prozessautomatisierung und Künstliche Intelligenz, um auf unserem Erfolg aufbauend die Effizienz, Stabilität und Umweltverträglichkeit der Perowskit-Fotovoltaik weiter zu verbessern. Wir hoffen, dass die Industrie unsere Arbeit aufgreift", sagt Amassian. Perowskit-Zellen lassen sich mit geringem Energie- und Materialaufwand und damit weitaus kostengünstiger herstellen als die dominierenden Solarzellen auf Siliziumbasis. Da Perowskit-Keramik Sonnenlicht höchst effektiv einfängt, haben diese Solarzellen einen ähnlich hohen Wirkungsgrad wie Siliziumzellen. Bisher haben sie sich nicht durchgesetzt, weil sie schnell altern, also an Effektivität einbüßen. Dieses Problem ist mit der neuen Herstellungstechnik gelöst.

(Ende)
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