Kürzlich hat ein südkoreanisches Forschungsteam erfolgreich eine Perowskit-Solarzelle entwickelt, die in einer Hochtemperaturumgebung bis zu 1.000 Stunden stabil betrieben werden kann, was einen wichtigen Schritt in Richtung der kommerziellen Anwendung dieser Technologie darstellt.
Dieser Durchbruch wurde gemeinsam vom Team von Professor Dong-seok Kim an der Graduate School of Carbon Neutrality am Ulsan Institute of Science and Technology in Südkorea und dem Team von Professor Tae-kyung Lee an der Gyeongsang National University erzielt. Das Forschungsteam hat einen neuen Typ hitzebeständiger Perowskit-Solarzellen entwickelt, die dem zum Aufbringen der Schutzfolie erforderlichen Hochtemperaturprozess standhalten und so den technischen Engpass herkömmlicher Perowskit-Zellen in Bezug auf die Hitzebeständigkeit lösen.
Berichten zufolge beträgt der anfängliche Umwandlungswirkungsgrad dieser Perowskit-Solarzelle bis zu 25,56 %. Unter den rauen Umgebungsbedingungen mit 85 °C und 85 % relativer Luftfeuchtigkeit kann die Batterieeffizienz nach 1.000 Stunden Dauerbetriebstest immer noch über 85 % des Anfangswerts halten und weist damit eine ausgezeichnete Haltbarkeit auf. Nach Abschluss des Verpackungsprozesses mit Aufbringen der Schutzfolie war deren Wirksamkeit nahezu unverändert. Unter den gleichen Testbedingungen konnte nach 1000 Stunden immer noch ein Wirkungsgrad von 21,7 % aufrechterhalten werden.
Perowskit-Solarzellen als nächste Generation der Photovoltaik-Technologie verfügen theoretisch über einen höheren Umwandlungswirkungsgrad und geringere Herstellungskosten als kommerzielle Siliziumzellen. Obwohl der Wirkungsgrad im Laborstadium 27 % erreicht hat und damit Siliziumzellen übertrifft, war die Hitzebeständigkeit immer ein entscheidender Faktor, der den Kommerzialisierungsprozess einschränkte. Da Perowskitzellen lange Zeit im Freien verwendet werden müssen, müssen sie mit einer dünnen Folie umhüllt werden, um Feuchtigkeit und Oxidation zu verhindern. Allerdings verringern die in herkömmlichen Verfahren verwendeten Additive (wie etwa tBP) die Hitzebeständigkeit der Batterie, sodass sie den Hochtemperatur-Verpackungsprozessen nicht standhält.
Um dieses Problem zu lösen, verwendete das Forschungsteam auf innovative Weise Ethylencarbonat als Ersatz für tBP und stellte erfolgreich hitzebeständige Perowskit-Batterien her. Dieses neue Additiv erhält nicht nur die hohe Effizienz der Batterie, sondern erhöht auch die Glasübergangstemperatur der Lochtransportschicht auf 125 °C, sodass die Batterie höheren Prozesstemperaturen standhält.
Erwähnenswert ist, dass die Batterie auch dann noch einen hohen Wirkungsgrad von 22,14 % erreichen kann, wenn sie zu einem Modul mit einer Fläche von 100 cm² verarbeitet wird. Diese hervorragende Leistung ist darauf zurückzuführen, dass Ethylencarbonat den Dotierstoff Lithiumdiamin (LiTFSI) ebenso gleichmäßig auflösen kann wie tBP und dadurch die Ladungstransportleistung der Lochtransportschicht verbessert.
Professor Kim Dong-seok sagte: „Durch diese Forschung haben wir ein Lochtransportschichtsystem für Solarzellen entwickelt, das auch bei hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit eine hohe Effizienz aufrechterhalten kann. Dies ist ein entscheidender Schritt hin zur Kommerzialisierung von Perowskit-Solarzellen.“
Zu den Co-Erstautoren dieser Studie gehören Dr. Shin Yoon-seop und Lee Jae-hwi, beide Master- und Doktoranden am Ulsan Institute of Science and Technology in Südkorea, und Lee Dong-gyu, Master- und Doktorand an der Gyeongsang National University. Die Forschung wurde vom Ministerium für Wissenschaft und IKT, der Nationalen Forschungsstiftung und dem Ministerium für Handel, Industrie und Energie Südkoreas unterstützt. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden am 7. April in Energy and Environmental Science veröffentlicht, einer maßgeblichen wissenschaftlichen Zeitschrift auf dem Gebiet der Umweltenergie.
