Neue Wege gehen: Rekordspannung mit transparenten Perowskit-Solarzellen erreichen

Ein Forscherteam der Universität Stuttgart in Deutschland hat einen bahnbrechenden Fortschritt auf dem Gebiet der Perowskit-Solarzellen erzielt. Sie haben erfolgreich eine transparente Perowskit-Solarzelle mit einem Übergang und einer beeindruckenden Spannung von 1,78 V entwickelt und damit einen neuen Branchenrekord aufgestellt.

Die Schlüsselkomponente dieser Zelle ist ein hybrides Methylamin-Bleichlorid (MAPbCl3)-Perowskitmaterial, das für seine hohe Energiebandlücke unter allen Perowskiten bekannt ist. Dieses einzigartige Material eröffnet spannende Möglichkeiten für Perowskit-Solarzellen mit großer Bandlücke, sowohl in Anwendungen wie dem Internet der Dinge (IoT) und Solarfenstern als auch in Mehrfachsolarzellen.

Bisher hatten Single-Junction-Perowskite mit großen Bandlücken Schwierigkeiten, hohe Spannungen zu erreichen. Die Einschränkung liegt in der schnellen Kristallisationskinetik und der schlechten Löslichkeit der Materialvorläufer. Dies führt zu einer unvollständigen Filmabdeckung und einer unregelmäßigen Filmmorphologie.

Um diese Einschränkung zu überwinden, verwendete das Forschungsteam eine zweistufige Abscheidungsmethode, gefolgt von einem Tempern unter molekularem Stickstoffgas (N2) in einer Glovebox. Durch die Kontrolle der Glühatmosphäre konnten sie die Kristallisationskinetik von MAPbCl3 beeinflussen, ohne seine Masseneigenschaften zu beeinträchtigen. Dieser Prozess verbesserte die Oberflächenbedeckung und die Gleichmäßigkeit des Films erheblich.

Der Aufbau der Solarzelle umfasste mehrere Schichten, darunter ein fluordotiertes Zinnoxidsubstrat (FTO), eine Elektronentransportschicht (ETL) auf Basis von Kohlenstoff-Titandioxid (C/TiO2), eine mesoporöse TiO2-Schicht usw MAPbCl3-Absorber, eine Spiro-OMeTAD-Lochtransportschicht (HTL) und ein Gold (Au)-Metallkontakt.

Unter Standardbeleuchtungsbedingungen zeigte die Zelle beeindruckende Leistungswerte. Es erreichte einen Leistungsumwandlungswirkungsgrad von 0,81 %, eine Leerlaufspannung von 1,71 V, eine Kurzschlussstromdichte von 0,73 mA cm−2 und einen Füllfaktor von 64,7 %.

Bemerkenswert ist, dass die Zelle eine außergewöhnlich hohe Leerlaufspannung von 1,78 V aufwies, was den höchsten Wert darstellt, der jemals für eine Perowskit-Solarzelle auf Basis von MAPbCl3 gemessen wurde. Es ist erwähnenswert, dass diese Spannung mithilfe der herkömmlichen Spiro-OMeTAD-Lochtransportschicht erreicht wurde, die für schmale Bandlücken optimiert ist. Dieses überraschende Ergebnis zeigt, dass die gleichen Kontakte, die für Perowskit-Solarzellen mit Weltrekordwirkungsgrad und schmalen Bandlücken verwendet werden, solch hohe Spannungen aushalten können.

Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in einem aktuellen Artikel mit dem Titel „MAPbCl3 Light Absorber for Highest Voltage Perovskite Solar Cells“, erhältlich in ACS Publications.

Diese bahnbrechende Leistung ebnet den Weg für weitere Fortschritte bei Hochspannungs-Perowskit-Solarzellen und bringt uns effizienteren und nachhaltigeren Energielösungen näher. Mit dem Potenzial für breitere Anwendungen und verbesserte Leistung sieht die Zukunft von Perowskit-Solarzellen rosiger aus als je zuvor.