EPFL-Forschende verbessern mit Rubidium Effizienz von Solarzellen
Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) haben einen Weg gefunden, um den Energieverlust von Perowskit-Solarzellen zu reduzieren und dessen Effizienz zu steigern. Die Integration von Rubidium mithilfe von Gitterspannung erzeugt demnach eine stabilere elektronische Struktur.
Forschende der EPFL haben laut einer Mitteilung eine Methode zur Reduzierung des Energieverlustes von Perowskit-Solarzellen entdeckt. Perowskit-Solarzellen basieren auf Halbleitern mit breitem Bandabstand, die jedoch häufig unter Phasentrennung leiden, welches mit der Zeit einen Leistungsabfall verursacht. Die Integration von Rubidium (Rb) soll das Material der Halbleiter stabilisieren und gleichzeitig die Energieeffizienz der Solarzelle verbessern. Durch das Ausnutzen der Gitterspannung des Perowskit-Films konnten die Forschenden zudem sicherstellen, dass die Rb-Ionen an richtiger Stelle fixiert sind.
Die Forschenden um Lukas Pfeifer und Likai Zheng der Gruppe von Michael Grätzel an der EPFL nutzten zudem die Methode der Röntgenbeugung, um diesen Effekt zu verifizieren und zu analysieren. Dabei fanden sie heraus, dass neben der Gitterspannung die Einführung von Chloridionen ebenfalls entscheidend zur Stabilisierung des Materials beiträgt. Die Chloridionen gleichen die Grössenunterschiede zwischen den eingebauten Elementen aus und gewährleisten dadurch eine gleichmässigere Ionenverteilung. Das Ergebnis sei ein gleichmässigeres Material mit weniger Defekten und einer stabileren elektronischen Struktur.
Die neue Perowskit-Zusammensetzung erreichte mit einer Leerlaufspannung von 1,30 Volt 93,5 Prozent ihres theoretischen Grenzwerts. Dies sei einer der niedrigsten Energieverluste, die jemals bei Perowskit-Halbleitern gemessen wurde. Eine verbesserte Photolumineszenzquantenausbeute weist darüber hinaus auf eine effizientere Umwandlung von Sonnenlicht in Strom hin.
Die Steigerung der Effizienz von Perowskit-Solarzellen könnte zu effizienteren und kostengünstigeren Solarmodulen führen und damit die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduzieren. Perowskite könnten ausserdem für LEDs, Sensoren und andere optoelektronische Anwendungen genutzt werden. Die Ergebnisse der EPFL könnten daher auch die Kommerzialisierung dieser Technologien beschleunigen.