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Perowskitsolarzellen brauchen Koffein

Perowskitsolarzellen gelten als die Zukunft der Photovoltaik, da sie aus kostengünstigen Materialien wie Methylammonium, Blei sowie Jod bestehen und den Wirkungsgrad von herkömmlichen Siliziumsolarzellen übertreffen können. Mangels thermischer Stabilität eignen sie sich bislang aber nicht für die kommerzielle Nutzung.

Ein Forschungsteam der University of California, Los Angeles, hat erstmals Koffein in die aktiven Schichten von MAPbI3- und CsFAMAPbI3-Zellen eingebracht. Damit erreichten diese einen leicht höheren Wirkungsgrad von 19,8 % bei einer Koffeinkonzentration von etwa 1 % im Vergleich zu 17,6 % bei reinem Material. Außerdem halten die modifizierten Perowskitfilme hohen Temperaturen erheblich besser stand: Bei 85 °C in trockenem Stickstoff wiesen die so entstandenen Zellen nach 55 Tagen immer noch 86 % ihres ursprünglichen Wirkungsgrads auf, die nicht modifizierten Vergleichsproben dagegen 60 % nach nur etwa sieben Tagen.

Die flüssige Lösung aus Dimethylformamid, Methyl­ammoniumiodid und Bleiiodid wurde mit Koffein versetzt und dann auf Indiumzinnoxidglas gegossen, wodurch sich die schwarzen Perowskitkristalle bildeten. Dabei verschränken sich die Carbonylgruppen des Koffeins mit den Bleiionen, was die Struktur stabilisiert. Außerdem erhöht sich die chemische Aktivierungsenergie. So wird die Kristallisation verlangsamt, und es entstehen weniger Defekte.

In Zukunft will Yang Yang, Physikprofessor und Leiter der Studie, größere Module und das Verhalten bei feuchter Umgebung testen. Auch andere temperaturstabile Moleküle sollen in die Kristalle eingebracht werden. Das Ziel ist es, eine annähernd hohe Stabilität wie Siliziumzellen zu erreichen, die eine Lebensdauer von mindestens 20 Jahren haben.

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