Solarzellen mit Perowskit-Beschichtung stellen eine vielversprechende neue, und derzeit weltweit in der Entwicklung befindliche Technik dar. Einer der Vorteile ist der kostengünstige Herstellungsprozess: Perowskit-Solarzellen können ohne den Einsatz von Vakuum- oder Hochtemperaturprozessen, wie sie für herkömmliche Siliziumzellen erforderlich sind, produziert werden. Dabei kann flexibles Trägermaterial zum Einsatz kommen etwa Polyethylenterephthalat (PET). Dies erlaubt die Nutzung von Perowskit-Photovoltaik (PV) zum Beispiel auf gebogenen Glasfassaden. MiaSolé Hi-Tech Corp und Solliance Solar Research haben auf dieser Basis äußerst effiziente und flexible Zellen entwickelt.

Die Solarzelle mit dünner Perowskit-Beschichtung besteht aus einer Sandwich-ähnlichen Struktur, in der die Aufladungen über die Schnittflächen von einer Schicht zur nächsten gelangen und selektiv an den Elektroden sammeln, dessen Ergebnis die Energieumwandlung aus Sonnenlicht in Strom darstellt. Kurz gesagt sollten die Elektronen aus der Absorberschicht ohne die von internen Energiebarrieren möglicherweise induzierten Verluste auf die Elektroden übertragen werden, und die Aufnahme von MXene verbessert diesen Prozess.

Wissenschaftler der National University of Science and Technology, Moskau, und der römischen Universität Tor Vergata haben jetzt erkannt, dass eine mikroskopische Menge zweidimensionalen Titancarbid, bekannt als MXene, die Sammlung von elektrischen Ladungen in einer Perowskit-Solarzelle bedeutend verbessert. In den aktuell ausgeführten Versuchen führten MXene zu einer Steigerung der Effizienz um  20 Prozent. “Wir haben entdeckt, dass MXenes aufgrund ihrer einzigartigen zweidimensionalen Beschaffenheit zur Feineinstellung der Schnittflächeneigenschaften von Perowskit verwendet werden können, was eine neue Optimierungsstrategie für diese 3. Generation der Solarzelle erlaubt”, sagt Professor Aldo Di Carlo von Tor Vergata.

Laut des Forschungsteams ist der Wirkungsgrad der Perowskit-Solarzellen bereits heute mit dem analoger Siliziummodelle, die auf dem Markt dominieren, vergleichbar. Der bisher höchste Wirkungsgrad von Perowskit liegt bei 25,2 % und der von Siliziumzellen bei 26,7 %. Allerdings sind Perowskit-Solarzellen aufgrund von mehreren internen Zersetzungsfaktoren noch instabil. Mehrere Forschergruppen aus Universitäten und F&E-Unternehmen suchen derzeit nach Lösungen der Instabilitätsprobleme und nach Möglichkeiten, deren Wirkungsgrad zu steigern.

MXenes sind Keramiken, die eine der größten Familien von zweidimensionalen (2D) Materialien umfassen. Im Gegensatz zu den meisten 2D-Keramiken haben MXene von Natur aus eine gute Leitfähigkeit.

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Über den Autor

Author profile picture Volker Joksch, freier Schreiber, Online-Seiten-Bauer, Shiatsu-Praktiker, Aikido-Lehrer. Lebt in München.