Solarstrom zum Billigtarif: Mit oder ohne Licht zu Perowskit-Zellen

27. April 2017, 11:02
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Forscher untersuchten, wie sich direktes Licht auf zwei gängige Herstellungsverfahren auswirkt

Lausanne – Perowskite sind Materialien, die derzeit die Solarbranche aufmischen: Sie könnten die Kosten für Solarenergie erheblich senken. Die Ausbeute solcher Solarzellen hängt jedoch von der Herstellung der Perowskit-Kristallschicht ab. Und diese Herstellung von Perowskit-Kristallen für Fotovoltaikanlagen kann durch Licht je nach Methode verbessert oder verschlechtert werden, sagen Schweizer Forscher.

Wissenschafter um Michael Grätzel von der ETH Lausanne (EPFL) untersuchten, wie sich Licht auf zwei gängige Herstellungsverfahren auswirkt, teilte die Hochschule mit. Davon berichteten die Forschenden im Fachblatt "Nature".

Bisherige Bemühungen, die Ausbeute von Perowskit-Solarzellen zu steigern, fokussierten auf Optimierung der Architektur der Zellen und ihres Herstellungsprozesses. Allerdings seien fundamentale Aspekte bei der Herstellung der Kristalle noch unklar, schrieb die EPFL. Durch das fehlende Wissen, welche Faktoren und Mechanismen die Reaktion beeinflussen, könne es zu inkonsistenter Qualität von einer Charge zur nächsten kommen.

Auswirkung von direkten Licht

EPFL-Doktorandin Amita Ummadisingu und ihre Kollegen untersuchten mithilfe von spezieller Fluoreszenz- und Elektronenmikroskopie, wie sich direktes Licht auf zwei gängige Herstellungsverfahren auswirkt. Dabei stellten sie fest, dass die eine von Licht profitiert, die andere aber bessere Resultate in Dunkelheit liefert.

Bei der ersten Methode – der sogenannten sequenziellen Ablagerung – wird Bleijodid auf ein Gerüst aus Titandioxid gegeben und anschließend in eine Methylammonium-Jodid-Lösung getaucht, um Methylammonium-Bleijodid-Perowskit zu erzeugen. Licht – insbesondere mit Sonnenintensität – beschleunige die Perowskit-Bildung, berichteten Ummadisingu und ihre Kollegen.

Bei der zweiten Methode, die bessere Resultate bei Dunkelheit liefert, werden die Komponenten in einem Lösungsmittel gelöst und gleichmäßig auf eine rotierende Fläche aufgetragen, um eine dünne Schicht zu erzeugen. Damit das Perowskit kristallisiert, wird ein Anti-Lösungsmittel dazugetropft und das Ganze anschließend erwärmt.

"Überraschenderweise stellen wir fest, dass Licht die Kristallisationsrate und die Struktur der Perowskite bei gängigen Methoden beeinflusst, bei denen bisher nie ein Licht-Effekt bemerkt wurde", sagte Grätzel der Mitteilung zufolge. Den Lichteinfall während der Herstellung zu kontrollieren könnte helfen, die beste Leistung aus Perowskit-Solarzellen herauszuholen.

Grätzel-Zelle

Perowskit-Solarzellen gehen auf das Prinzip der "Grätzel-Zelle" zurück, die Michael Grätzel Anfang der 1990er-Jahre entwickelte und damit die Fotovoltaik-Forschung revolutionierte. Diese elektrochemische Farbstoff-Solarzelle nutzt zur Lichtadsorption nicht ein Halbleitermaterial wie in den auch heute noch handelsüblichen Silizium-Solarzellen, sondern organische Farbstoffe. Allerdings blieb die Effizienz der Farbstoffsolarzellen mit rund 13 Prozent relativ gering.

2009 ersetzte eine japanische Forschergruppe den Farbstoff durch bleihaltige Perowskit-Kristalle: Die Perowskit-Solarzelle war geboren und hat seither vielfache Verbesserungsschritte durchgemacht. Forschende konnten die Ausbeute von anfänglich knapp vier auf mittlerweile rund 20 Prozent steigern. Noch besser schneiden derzeit jedoch immer noch Solarzellen auf Basis von monokristallinem Silizium ab mit einer Effizienz von über 20 Prozent. (APA, 27.4.2017)

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