Längere Lebensdauer: Meilenstein bei Perowskit-Solarzellen

Solarzellen werden für gewöhnlich aus Silizium gefertigt. Ein anderes Material, das seit mehreren Jahren als vielversprechende Alternative gilt, sind Perowskite. Perowskite sind Mineralien, die zum Beispiel für die Herstellung von Leuchtdioden oder Knochenimplantate verwendet werden.

An dem Einsatz des Materials für Solarzellen wird schon länger geforscht. Der Wirkungsgrad der Perowskit-Zellen, sprich wie viel Sonnenenergie eine Zelle in Strom umwandeln kann, steht jenen auf Silizium-Basis kaum nach. Zudem können sie bei Raumtemperatur gefertigt werden, im Gegensatz zu ihrem Silizium-Pendant, für dessen Herstellung besonders hohe Temperaturen benötigt werden.

Allerdings haben Perowskit-Zellen eine geringere Lebensdauer. Das ist einer der zentralen Gründe, der die Serienfertigung bislang ausbremste.

Stabilisierende Schicht

US-amerikanische Wissenschaftler*innen von der Universität Princeton haben nun einen Weg gefunden, wie die Perowskit-Zellen länger durchhalten können. Und zwar mit einer dünnen Schutzschicht.

Wie ein Paper der Fachzeitschrift „Science“ darlegt, fügte die Forschungsgruppe zwischen jener Perowskit-Schicht, die sich bei der Aufnahme von Sonnenlicht besonders abnützt, und der darunterliegenden einige wenige Atome hinzu: Caesium, Blei und Iod. Laut der leitenden Forscherin Yueh-Lin Loo stabilisiere diese besonders dünne Schicht die umgebenden beiden Schichten.

Rekordverdächte Lebensdauer

Die Solarzellen können mit der schützenden Schicht bei durchgehender Beleuchtung und einer Temperatur von 35 Grad über 5 Jahre Strom erzeugen – ohne grobe Abnutzung. Den Forscher*innen zufolge entspräche das unter realen Bedingungen in etwa 30 Jahren. Sie sprechen in diesem Zusammenhang von einem "Rekord" bei Perowskit-Solarzellen.

Zusätzlich zu der neuen Schicht, haben die Wissenschaftler*innen eine Testmethode entwickelt, mit der festgestellt werden kann, wie lange die Perowskit-Solarzellen tatsächlich durchhalten. "Die von uns angestrebte Lebensdauer beträgt etwa 30 Jahre, aber man kann sich nicht 30 Jahre Zeit nehmen, um ein Gerät zu testen", sagt ein beteiligter Forscher. "Wir brauchen also eine Möglichkeit, diese Lebensdauer innerhalb eines vernünftigen Zeitrahmens vorherzusagen.“

Beschleunigtes Altern offenbart Lebensdauer

Diese Möglichkeit nennt sich „Accelerated Aging“, zu Deutsch "beschleunigtes Altern". Dabei wird die  Zelle mit einem Gerät künstlich beleuchtet und gleichzeitig erhitzt – in unterschiedlichem Ausmaß, um  Veränderungen in der Außentemperatur zu simulieren. Das stellt den durchschnittlichen Alterungsprozess einer Perowskit-Zelle nach, so die Wissenschaftlerinnen.

Sie Studie trage dazu bei, das Stabilitätsproblem der Perowskit-Zelle zu lösen. Die Technik müsste aber nicht direkt mit Silizium konkurrieren, sie könne auch in sogenannten "Tandemzellen" verwendet werden. Bei diesen kommen beide Materialien zum Einsatz. Der Bedarf an neuen Arten von Solarzellen sei laut den Princeton-Forscher*innen jedenfalls gegeben. Zumal die Nachfrage nach Silizium am Markt weiter steigt.