EPFL verbessert Stabilität von Perowskit-Solarzellen

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Durchbruch markiere einen Rekord

Perovskit-Solarzellen (PSCs) können hohe Lichtumwandlungseffizienz bei geringen Herstellungskosten bieten. Um aber kommerziell lebensfähig zu sein, müssen sie langlebig sein und dürfen im Laufe der Zeit nicht unter Sonnenlicht degradieren. Mit dem Einsatz von Kupfer-Thiocyanat und einer Graphene-Schicht haben Wissenschaftler der schweizerischen École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL Eidgenössische Technische Hochschule) die Solarzellen länger stabil halten können – ein wichtiger Schritt für die Kommerzialisierung dieser Photovoltaik-Technologie. Sie haben mehr als 95% ihrer anfänglichen Wirkungsgrade von über 20% bei voller Sonnenlichtbeleuchtung und 60 ° C für mehr als 1000 Stunden beibehalten. Der Durchbruch, der die höchste Stabilität für Perovskit-Solarzellen markiert, wurde im Fachblatt Science veröffentlicht.

Mit neuen Materialien und einer Schutzschicht scheint sich das Stabilitätsproblem bei Perowskit-Solarzellen lösen zu lassen – © M. Ibrahim Dar, EPFL

Das Kupfer-Thiocyanat auf den Perowskit-Solarzellen sei durch eine dünne Schicht aus reduziertem Graphenoxid geschützt, teilten die Forscher mit. Die Solarzellen hätten in einem beschleunigten Alterungstest anschließend weniger als fünf Prozent ihres anfänglichen Wirkungsgrades eingebüßt. Dies sei ein Durchbruch und markiere die höchste Stabilität von Perowskit-Solarzellen bei gleicher Effizienz, die bislang erreicht worden sei.

Bislang sind mit den Perowskit-Solarzellen Wirkungsgrade von mehr als 22 Prozent erreicht worden. Allerdings war die Stabilität der Zellen bislang ein großes Problem, da sie im Betrieb schnell an Leistung verloren.

Mit zwei neuen Konzepten hat Michael Grätzels Labor an der EPFL dieses Problem nun gelöst. Die Wissenschaftler haben zum einen ein einfaches, dynamisches Abscheidungsverfahren für hochkonforme, 60 Nanometer dicke CuSCN-Schichten entwickelt. Diese erlaubten die Herstellung von Perowskit-Solarzellen mit stabilisierten Wirkungsgraden von mehr als 20 Prozent. Zum anderen führten sie die dünne Schicht von reduziertem Graphenoxid zwischen CuSCN- und Goldschicht ein, was wiederum die Stabilität der Effizienz fördere.

Die Wissenschaftler hätten bei ihren Arbeiten auch entdeckt, dass die Instabilität der Perowskit-Solarzellen von der Degradation des CuSCN/Goldkontaktes während des Betriebs komme. „Das ist der größte Durchbruch in der Perowskit-Solarzellen-Forschung und wird den Weg für eine kommerzielle Verbreitung im großen Maßstab für diese vielversprechende Photovoltaik-Technologie ebnen“, sagte Michael Grätzel. Auch andere Forscher, die an der Weiterentwicklung der Technologie arbeiteten, würden von den neuen Ergebnissen profitieren.

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