Meilenstein für neue Solarzellen

Forscher der Princeton University haben die erste Solarzelle aus dem Material Perowskit mit einer sehr langen Lebensdauer entwickelt und damit diesen neuartigen Solarzellen den Weg geebnet. Das Material ist mit bis zu 30 Jahren Lebenszeit nicht nur äußerst langlebig, sondern erfüllt auch die üblichen Effizienzstandards und kann mit der Leistung von Zellen auf Siliziumbasis mithalten, die den Markt seit ihrer Einführung im Jahr 1954 beherrschen.

Perowskite sind Halbleiter auf Kalzium-Titan-Basis mit einer besonderen Kristallstruktur, die sie für die Solarzellentechnologie besonders geeignet macht. Sie können bei Raumtemperatur hergestellt werden und verbrauchen dabei viel weniger Energie als Silizium, was ihre Herstellung billiger und nachhaltiger macht. Und während Silizium steif und undurchsichtig ist, können Perowskite flexibel und transparent gemacht werden. In Zukunft könnte man damit zum Beispiel normale Fenster mit einer hauchdünnen, fast unsichtbaren Solarzelle ausstatten. Die neusten Solarzellen aus Perowskite sind nur wenige Atome dick und praktisch zweidimensional.

Doch im Gegensatz zu Silizium waren Perowskite bisher nicht stabil genug. Frühe Perowskit-Solarzellen (PSC), die zwischen 2009 und 2012 entwickelt wurden, hielten nur wenige Minuten. Während der erste PSC einen Wirkungsgrad von weniger als 4 Prozent aufwies, konnten die Forscher diesen Wert innerhalb weniger Jahre fast verzehnfachen. Doch die Stabilität der PSC hat sich nur langsam verbessert.



Damit sie sich durchsetzen und von der Industrie eingesetzt werden können, müssen die Tests noch ausgefeilter werden. Hier kommt ein beschleunigte Alterungsverfahren ins Spiel, indem das Gerät beleuchtet und gleichzeitig mit Hitze bestrahlt wird. Dieser Prozess beschleunigt das, was bei regelmäßiger Exposition über Jahre hinweg auf natürliche Weise geschehen würde. Die Forscher wählten vier Alterungstemperaturen aus und maßen die Ergebnisse über diese vier verschiedenen Datenströme, von der Temperatur eines typischen Sommertages bis zu einer Extremtemperatur von 110°C.

Anschließend extrapolierten die Forscher die kombinierten Daten und prognostizierten die Leistung des Geräts bei Raumtemperatur über Zehntausende von Stunden kontinuierlicher Beleuchtung. Die Ergebnisse zeigten, dass das Gerät bei kontinuierlicher Beleuchtung mindestens fünf Jahre lang bei einer durchschnittlichen Temperatur von 95 Grad Celsius mehr als 80 Prozent seiner Spitzenleistung erbringen würde. Dies entspricht dem Laboräquivalent von 30 Jahren Betrieb im Freien.

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