Starke Zellen – Leistungssteigerung bei Mini-Modulen

Eine neu entwickelte molekulare Lochtransportschicht kann die Leistung von invertierten Perowskit-Solarzellen und Mini-Modulen auf Weltrekordwerte steigern. Das berichtet ein internationales Forschungsteam um Prof. Yongzhen Wu (East China University of Science and Technology) in einer Studie im Journal „Science“, an der auch Physiker der Universität Potsdam beteiligt sind.

Die Energieausbeute über die Lebensdauer von Solarzellen zu verbessern, ist ein wichtiger Faktor, um unabhängig von fossilen Energiequellen zu werden. Invertierte Perowskit-Solarzellen sind in dieser Hinsicht besonders vielversprechend, da sie einfach und billig herzustellen sind und ihre Stabilität mehrere Testanforderungen der International Electrotechnical Commission (IEC) erfüllt. Im Gegensatz zu Solarzellen mit klassischer Struktur ähneln invertierte Perowskit-Solarzellen den organischen Solarzellen, anstelle der organischen Absorberschicht wird eine Schicht aus Perowskit verwendet. Um diese Art von Solarzellen haltbarer zu machen und ihre Energieausbeute über die Lebensdauer weiter zu erhöhen, müssen neuartige Ladungstransportmaterialien entwickelt werden, welche die Verluste an den Grenzflächen verringern.

Fangyuan Ye, Doktorand an der East China University of Science and Technology (ECUST) und Gastwissenschaftler an der Universität Potsdam, ist einer der Erstautoren und hat gemeinsam mit Prof. Dieter Neher und Dr. Martin Stolterfoht in der PotsdamPero Group zu Perowskit-Solarzellen geforscht. Die Autoren entwickelten eine neuartige Lochtransportschicht, die auf einer selbstorganisierten Monolage aus amphiphilen Molekülen basiert, also auf Molekülen, die sowohl hydrophil (wasserlöslich) als auch hydrophob (wasserabweisend) sind. „Die neu entwickelten amphiphilen Moleküle bilden eine stark benetzende Basis für die Perowskitschicht. Das verbessert die Morphologie und Kristallisation des Perowskits an der unteren Grenzfläche zu den Lochtransportschichten, was die Rekombinationsverluste an der Grenzfläche verringert“, erklärt Martin Stolterfoht.

Die resultierenden Perowskitschichten emittieren 17 Prozent des einfallenden Lichts unter Leerlauf-Bedingungen und ermöglichten die Herstellung von Perowskit-Solarzellen mit einem zertifizierten Rekord-Wirkungsgrad von 25,4 Prozent. Darüber hinaus erreichten zehn Quadratzentimeter große Mini-Module bereits einen Wirkungsgrad von 22 Prozent und eine bemerkenswerte Stabilität unter Betriebstestbedingungen.

Link zur Publikation: Shuo Zhang et al., Minimizing buried interfacial defects for efficient inverted perovskite solar cells. Science 380, 404-409 (2023). https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg3755, DOI: 10.1126/science.adg3755

Abbildung: Minimodul. Oben rechts: Kontaktwinkel der Perowskitlösung auf der selbstorganisierten Monoschicht. Unten rechts: PL-Emission eines Perowskit-Films. Bildrechte: Yongzhen Wu und Martin Stolterfoht.

Kontakt:
Dr. Martin Stolterfoht, Institut für Physik und Astronomie
Tel.: 0331 977-5638
E-Mail: martin.stolterfoht@uni-potsdam.de

Medieninformation 28-04-2023 / Nr. 043
Dr. Stefanie Mikulla

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