Perowskit-Solarzellen haben zugenommen Aufmerksamkeit in letzter Zeit, wenn ihre Energieeffizienz die von Siliziumzellen erreicht, und das aus gutem Grund!
Diese Zellen sind einfach und kostengünstig herzustellen und verfügen über ein hohes Maß an Flexibilität, das sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignet. Das Problem besteht jedoch darin, dass sie länger als ein paar Monate halten.
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Jetzt haben Forscher des Georgia Institute of Technology, der University of California in San Diego und des Massachusetts Institute of Technology möglicherweise Schlüssel gefunden um diese Herausforderung zu beheben.
"Perowskit-Solarzellen bieten viele potenzielle Vorteile, da sie extrem leicht sind und mit flexiblen Kunststoffsubstraten hergestellt werden können", sagte Juan-Pablo Correa-Baena, Assistenzprofessor an der Georgia Tech School of Materials Science and Engineering. "Um auf dem Markt mit Solarzellen auf Siliziumbasis konkurrieren zu können, müssen sie jedoch effizienter sein. "
Zugabe von Alkalimetallen
Die neuartige Forschung konzentrierte sich auf den Prozess der Zugabe von Alkalimetallen zu den Perowskiten, um die Leistung zu steigern. "Wir wussten aus früheren Arbeiten, dass die Zugabe von Cäsium und Rubidium zu einem gemischten Perowskit aus Brom und Jod zu einer besseren Stabilität und höheren Leistung führt."Correa-Baena sagte.
Was fehlte, war das Wissen darüber, warum die Zugabe dieser Alkalimetalle diesen Effekt auf Perowskite hatte. Daher beschlossen die Forscher, die Perowskite im Nanobereich mithilfe einer hochintensiven Röntgenkartierung zu untersuchen.
"Wenn wir uns die Zusammensetzung des Perowskit-Materials ansehen, können wir sehen, wie jedes einzelne Element eine Rolle bei der Verbesserung der Leistung des Geräts spielt", sagte Yanqi Grace Luo, Doktorandin für Nanotechnik an der UC San Diego.
Was sie fanden, war, dass die Zugabe von Cäsium und Rubidium zu dem gemischten Brom- und Jod-Blei-Perowskit die Brom- und Jod-Mischung homogener zusammenbrachte. Dies ergab eine bis zu 2 Prozent höhere Umwandlungseffizienz.
Robust trotz Totzonen
Aber das war noch nicht alles. Eine weitere Analyse ergab auch, dass Perowskit-Zellen trotz des Vorhandenseins von "toten Zonen" überraschend robust waren. Tote Zonen werden verursacht, wenn Halogenidmetalle geclustert bleiben, was zu einigen inaktiven Zonen führt, in denen kein Strom möglich ist.
"Das war überraschend", sagte Fenning. "Diese toten Zonen würden normalerweise eine Solarzelle töten. In anderen Materialien wirken sie wie schwarze Löcher, die Elektronen aus anderen Regionen ansaugen und sie niemals loslassen, so dass Sie Strom verlieren undStromspannung.
"Aber in diesen Perowskiten haben wir gesehen, dass die toten Zonen um Rubidium und Cäsium die Leistung der Solarzellen nicht zu stark beeinträchtigten, obwohl es einen gewissen Stromverlust gab", sagte Fenning. "Dies zeigt, wie robust diese Materialien sind, aber auch dases gibt noch mehr Verbesserungsmöglichkeiten. "
Obwohl sich die Forschung noch in einem frühen Stadium befindet, könnten die Ergebnisse eines Tages zu Fortschritten führen, bei denen Perowskit-Zellen zu realisierbaren Optionen werden könnten. Die Forscher sind sehr gespannt auf die Anwendungen, die diese Zellen haben könnten, sowie auf die Vorteile für die Umwelt, die sie haben könntenproduzieren.
"Diese Materialien versprechen eine sehr kostengünstige und leistungsstarke Leistung. Dies ist genau das, was wir brauchen, um sicherzustellen, dass Photovoltaik-Module weit verbreitet sind", sagte Correa-Baena. "Wir wollen versuchen, Probleme des Klimawandels auszugleichen."Die Idee ist, Photovoltaikzellen zu haben, die so billig wie möglich sind. "
Die Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft.