Neue gemeinsame Forschung könnte zugänglichere und effizientere Solarenergieanwendungen schaffen

Jan 16, 2024

Wussten Sie, dass Solarenergie im Jahr 2023 voraussichtlich mehr als die Hälfte der neuen Stromerzeugungskapazität ausmachen wird? Mit fortschreitender Technologie und intensiver Forschung wird Solarenergie für alle Anwendungen immer zugänglicher.

In innovativer neuer Forschung unternimmt der angesehene Professor Jinsong Huang in der Abteilung für angewandte Physik Fortschritte, um die Effizienz der Solarenergie zu verbessern.

Perowskit-Solarzellen haben sich in letzter Zeit zu einem der vielversprechendsten Wege in der Zukunft der Solarenergie entwickelt. Diese einzigartigen Zellen haben eine Struktur namens Pin, die Sonnenlicht in nutzbaren Strom umwandelt, indem sie elektrischen Strom erzeugt. Allerdings können die Materialien, die als Schnittstelle zur unteren Schicht von Solarzellen verwendet werden, den Wirkungsgrad, die Stabilität und die Gesamtleistung der Solarzelle beeinträchtigen.

Jinsong Huang (stehend); Erstautor, Chengbin Fei (sitzend)

Die in Science veröffentlichte Forschung von Huang und seinem Team arbeitet daran, dieses Problem zu beheben. Als Lösung fügte das Team Moleküle, sogenannte Bleichelatmoleküle (LCMs), in die Lochtransportschicht (HTL) ein, die stark mit Blei in Perowskiten interagieren. Laut Huang verbesserte diese Wechselwirkung die Leistung der Solarzellen, indem sie die Stabilität erhöhte und gleichzeitig Defekte reduzierte. Interessanterweise fügt er hinzu, dass Bleichelatmoleküle auch für Medikamente zur Behandlung von Bluttoxizität verwendet werden, was einen breiten Nutzen in allen wissenschaftlichen Disziplinen zeigt.

Anschließend arbeitete das Team daran, die Grenzfläche zwischen der HTL- und der Perowskit-Schicht zu stabilisieren. Durch die Herstellung besserer Verbindungen an dieser Schnittstelle ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass die Zellschichten Schwachstellen oder Defekte aufweisen, sodass die Solarzelle stabiler funktionieren kann. Wichtig ist, dass diese Verbesserung es der Solarzelle ermöglicht, effizienter zu arbeiten und mehr Sonnenlicht in nutzbaren Strom umzuwandeln.

Konkret stellte das Team Perowskit-„Minimodule“ her, um die Einheitlichkeit der Modifikation des HTL zu untersuchen. Minimodule mit einer Aperturfläche von 26,9 Quadratzentimetern haben einen vom NREL zertifizierten Leistungsumwandlungswirkungsgrad von 21,8 % (stabilisiert bei 21,1 %). Dies entspricht einem minimalen Kleinzellenwirkungsgrad von 24,6 % (stabilisiert bei 24,1 %) über die gesamte Modulfläche, was eine sehr gute Gleichmäßigkeit zeigt. Wichtig ist, dass das Gerät den Feuchte-Hitze-Test bestanden hat und damit seine Fähigkeit bewiesen hat, hohen Temperaturen und Feuchtigkeit standzuhalten. Kleinflächige Zellen und großflächige Minimodule mit LCMs im HTL hatten eine Lichtdurchdringungsstabilität von 3010 bzw. 2130 Stunden bei einem Effizienzverlust von 10 % gegenüber dem Anfangswert bei 1-Sonnen-Beleuchtung bei Leerlaufspannungsbedingungen.

Huangs Forschung könnte einen wichtigen Einfluss auf nachhaltige und erneuerbare Energieanwendungen haben, da Wissenschaftler kontinuierlich danach streben, den Energiebedarf unserer Welt besser zu decken. Durch ein besseres Verständnis dafür, wie Perowskit-Solarmodule effizienter, stabiler und kostengünstiger gemacht werden können, können Wissenschaftler möglicherweise Solarenergie für den Einsatz in größerem Maßstab nutzen.