US-Wissenschaftler sehen Durchbruch für Silizium-Konkurrenz
Ein neuartiges Material für Solarzellen der nächsten Generation erübrigt den Einsatz von Blei. Perowskitzellen stehen zwar seit dem ersten Einsatz des Materials 2009 im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit und sind effizienter als aktuelle Solarmodule. Die erfassen durchschnittlich 15% bis 18% der Sonnenenergie, während Perowskitsolarzellen bereits einen Wirkungsgrad von bis zu 28% erreichen. Aber es gibt große Hindernisse für die kommerzielle Nutzung dieser Materialien: Die Materialien sind nicht stabil und enthalten wasserlösliches Blei – eine Gesundheitsgefährdung.
Perowskit-Solarzelle im HZB-Institut für Si-PV – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft für Solarify
Jetzt hat ein Team von Wissenschaftlern und Ingenieuren unter der Leitung von Letian Dou, Assistenzprofessor für Chemieingenieurwesen an der Purdue University, ein sandwichartiges Material entwickelt, das organische und anorganische Materialien enthält, um eine Hybridstruktur zu bilden, die kein Blei verwendet und eine deutlich verbesserte Stabilität aufweist. „Diese Strukturen sind sehr aufregend“, sagte Dou. „Die Sandwichstrukturen sind wie Halbleiter-Quantentöpfe, die heute in vielen elektronischen und optoelektronischen Geräten weit verbreitet sind, aber sie sind viel einfacher herzustellen und fehlerunempfindlicher.“ Die Studie wurde am 11.11.2019 in der Zeitschrift Nature Chemistry (s.u.) veröffentlicht.
In einem im September im Journal of the American Chemical Society veröffentlichten Beitrag hatten die Wissenschaftler das Material in einen Feldeffekttransistor, wesentlicher Bestandteil vieler elektronischer Geräte, eingebaut. Yao Gao, Hauptautor beider Forschungsarbeiten und Postdoc in Dou’s Forschungsgruppe, sagte, dass die neuen organisch-anorganischen hybriden Perowskitmaterialien billiger sind und eine bessere Leistung erbringen als ein herkömmlicher anorganischer Halbleiter. Außerdem, so Gao, könnte die Designstrategie des neuen Materials als Blaupause für viele andere funktionale Hybridmaterialien dienen. „Solarzellen, wie viele Menschen gezeigt haben, können sehr effizient sein“, sagte er. „Mit unserer neuen Technologie können wir die hybriden Perowskitmaterialien an sich stabiler machen. Durch den Ersatz des giftigen Bleis sind diese neuen Materialien umweltfreundlicher und können auch sicher für bioelektronische Sensoren am Körper verwendet werden.“
->Quellen:
- purdue.edu/new-material-points-toward-highly-efficient-solar-cells
- Yao Gao, Enzheng Shi, Shibin Deng, Stephen B. Shiring, Jordan M. Snaider, Chao Liang, Biao Yuan, Ruyi Song, Svenja M. Janke, Alexander Liebman-Peláez, Pilsun Yoo, Matthias Zeller, Bryan W. Boudouris, Peilin Liao, Chenhui Zhu, Volker Blum, Yi Yu, Brett M. Savoie, Libai Huang, Letian Dou: Molecular engineering of organic–inorganic hybrid perovskites quantum wells, in: Nature Chemistry, DOI: 10.1038/s41557-019-0354-2