Perowskit-Solarzellen halten 1.000 Stunden extremer Hitze und Feuchtigkeit stand
Ein koreanisches katalytisches Extraktionsverfahren entfernt zersetzende Lithiumionen und bewahrt 95 Prozent der photovoltaischen Effizienz
Von Giovanni Sapere
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Forscher in Südkorea haben ein chemisch-katalytisches Verfahren entwickelt, das Perowskit-Solarzellen nach 1.000 Stunden unter rauen Umweltbedingungen 95 Prozent ihrer ursprünglichen Leistungsumwandlungseffizienz bewahren lässt. Die chemische Erfindung löst eine seit langem bestehende Haltbarkeitsbarriere und bietet einen gangbaren Weg für Perowskit-Materialien zur Unterstützung der industriellen Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien.
Überwindung der Stabilitätsbarriere in der Perowskit-Photovoltaik
Perowskit-Solarzellen sind eine Innovation bei photovoltaischen Dünnschichtbauelementen, die hohe Energieumwandlungsraten mit niedrigen Herstellungskosten und mechanischer Flexibilität verbinden. Ihre Betriebslebensdauer blieb jedoch traditionell weit hinter konventionellen Siliziummodulen zurück: Sie liegt bei zwei bis zehn Jahren im Vergleich zu den 25 bis 30 Jahren, die für Siliziumanlagen typisch sind, wie Interesting Engineering berichtet.
Ein Großteil dieser Degradation entsteht in der Lochtransportschicht, einer wesentlichen Komponente, die die Bewegung elektrischer Ladung ermöglicht. Standard-Herstellungsverfahren setzen auf Lithiumsalze und chemische Additive, um die elektrische Leistung zu verbessern, doch diese Verbindungen verdampfen bei erhöhten Temperaturen und Feuchtigkeit. Laut Interesting Engineering erzeugt dieses Verdampfen mikroskopische Hohlräume im Film, während freie Lithiumionen durch die Zelle diffundieren, was strukturelle Schäden verursacht und das Versagen der Bauelemente beschleunigt.
„Durch die Lösung des chronischen Lebensdauerproblems wird es ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur Kommerzialisierung von Perowskit- und Tandem-Solarzellen“
— SeJin Ahn, Principal Researcher, Korea Institute of Energy Research
Reinigung der Transportschicht durch katalytische Extraktion
Um diese Degradationspfade zu beseitigen, entwickelten Wissenschaftler am Korea Institute of Energy Research (KIER) in Daejeon in Zusammenarbeit mit dem Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) das post-katalytische Reaktionsfilter-Extraktionsverfahren. Diese chemische Erfindung entfernt destabilisierende Additive und Restionen vor der Filmabscheidung.
Das Verfahren bringt einen Nickeloxid-Katalysator in die Vorläuferlösung ein, aus der die Lochtransportschicht gebildet wird. Wie Interesting Engineering beschreibt, verändert der Katalysator in der Mischung seine Oberflächeneigenschaften und zieht gelöste Lithiumionen an und bindet sie, ohne dass zusätzliche chemische Mittel erforderlich sind. Da die Nickeloxid-Partikel relativ groß sind, filtern die Forscher sie physisch zusammen mit den eingefangenen Ionen heraus und erhalten so eine gereinigte, additivfreie Lösung, die zu einer defektfreien Transportschicht aushärtet.
Leistungsbenchmarks und kommerzielle Perspektive
Labortests unter kontinuierlicher Umweltbelastung – bei 85 Grad Celsius und 85 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit – zeigten laut Interesting Engineering, dass die gereinigten Zellen nach 1.000 Stunden Testdauer 95 Prozent ihrer Ausgangseffizienz behielten.
Neben der verbesserten Stabilität erreichten die behandelten Zellen eine Betriebseffizienz von 25,24 Prozent und lagen damit leicht über den 25,21 Prozent, die mit konventionellen additivbasierten Zellen erzielt wurden. Die in der Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlichte Technik bietet einen neuen Verarbeitungsrahmen und wertvolles geistiges Eigentum, das die kommerzielle Einführung von Tandem-Solarzellen beschleunigen und die Nachhaltigkeit von sauberen Energiesystemen der nächsten Generation verbessern könnte, wie Interesting Engineering anmerkt.
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