Forscher der Princeton-Universität in den USA haben die erste Perowskit-Solarzelle mit einer wirtschaftlich rentablen Lebensdauer entwickelt und damit einen wichtigen Meilenstein für eine aufstrebende Klasse erneuerbarer Energietechnologien markiert. Das Team prognostiziert, dass ihr Solarmodul rund 30 Jahre über den Industriestandards liegen kann, weit mehr als die 20 Jahre, die als Schwellenwert für die Rentabilität von Solarzellen verwendet werden.
Das Gerät ist nicht nur sehr langlebig, es erfüllt auch gängige Effizienzstandards. Es ist das erste seiner Art, das mit der Leistung von siliziumbasierten Zellen konkurrieren kann, die den Markt seit ihrer Einführung im Jahr 1954 dominieren. Zum Potenzial und den Fortschritten bei der Erforschung von Perowskit haben wir schon mehrfach berichtet. Perowskite sind Halbleiter mit einer speziellen Kristallstruktur, die sie gut für die Solarzellentechnologie geeignet macht. Sie können bei Raumtemperatur hergestellt werden, wobei viel weniger Energie als Silizium verbraucht wird. Dadurch sind sie billiger und nachhaltiger in der Herstellung. Und während Silizium steif und undurchsichtig ist, können Perowskite flexibel und transparent gemacht werden, wodurch die Solarenergie weit über die typischen Paneele hinausgeht, die Hügel und Dächer auf der ganzen Welt bekleiden.
Aber im Gegensatz zu Silizium sind Perowskite notorisch zerbrechlich. Frühe Perowskit-Solarzellen, die zwischen 2009 und 2012 entstanden sind, hielten nur wenige Minuten. Wissenschaftler von der Princeton Universität haben nun einen Weg gefunden, wie Perowskitzellen länger halten können: Mit einer dünnen Schutzschicht aus Cäsium, Blei und Jod zwischen der Perowskitschicht, die besonders nützlich ist, um Sonnenlicht zu absorbieren, und den darunter liegenden wenigen Atomen. Diese Schutzschicht kann die umliegenden zwei Schichten stabilisieren.
Die prognostizierte Lebensdauer des neuen Geräts stellt eine Verfünffachung gegenüber dem bisherigen Rekord dar, der im Jahr 2017 aufgestellt wurde. Die Princeton-Wissenschaftler:innen haben dafür eine neue Methode entwickelt, die sie „Accelerated Aging“, zu Deutsch “beschleunigtes Altern”, nennen. 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 Wissenschaftler:innen. Die Methode wird genauer in diesem Artikel beschrieben.
Aufgrund der bekannten Kurzlebigkeit von Perowskiten waren Langzeittests bisher kein großes Thema. Aber wenn die Module besser werden und länger halten, wird das Testen eines Designs gegen ein anderes entscheidend für die Einführung langlebiger, verbraucherfreundlicher Technologien sein.
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Bild: Ali Madad Sakhirani; Pexels
