NTU-Team findet neuen Weg, Perowskit-Zellen umweltfreundlicher zu machen

Eine von Wissenschaftlern der Nanyang Technological University in Singapur (NTU Singapore) geleitete Forschung gab die Ergebnisse der Verwendung ungiftiger Metalle mit einem neuen Ansatz zur Herstellung der Deckschicht von Perowskit-Solarzellen bekannt, wodurch die Zellen umweltfreundlicher werden und gleichzeitig eine hohe Umwandlungseffizienz aufrechterhalten wird.

Seit der Veröffentlichung der ersten Solarzelle auf Perowskit-Basis im Jahr 2009 haben Wissenschaftler daran gearbeitet, neue Materialien und Herstellungstechniken zu entwickeln, um die Effizienz und Stabilität von Perowskit-Zellen zu verbessern.

Ein weiterer Grund, der die Kommerzialisierung behindert ist die Umweltauswirkung der toxischen Elemente in den Zellen. Perowskite können sich zersetzen, wenn sie mit Feuchtigkeit und Sauerstoff reagieren, Licht und Hitze ausgesetzt werden oder über einen längeren Zeitraum verwendet werden. Wenn die Zelle beschädigt oder entsorgt wird, kann das giftige Schwermetall Blei aus dem Perowskit-Material und der Deckschicht (die auf die Perowskit-Schicht aufgetragen wird, um die Zelle vor Umwelteinflüssen zu schützen und ihre Leistung zu steigern) eine Gefahr für die Umwelt darstellen.

Wissenschaftler der NTU Singapur fanden heraus, dass eine zinkbasierte Verbindung PEA2ZnX4, die mit einem neuen Ansatz namens „Full Precursor (FP)“ synthetisiert wurde, eine bleifreie Deckschicht für die Perowskitzelle erzeugen kann.

Wenn die herkömmliche Halbvorläufermethode (HP) angewendet wird, müssen Bleiionen aus der darunter liegenden Perowskitschicht nach oben gezogen werden, um die schützende Deckschicht zu bilden. Bei der FP-Methode können die Chemikalien in der Verbindungslösung jedoch direkt auf der Oberfläche der Perowskitschicht miteinander reagieren und sind so effektiver.

Mit der FP-Methode erstellten die Wissenschaftler einen 1 x 1 Zoll großen Prototyp einer Perowskitzelle, der mit der zinkbasierten Verbindung bedeckt war. Nach einer elektronenmikroskopischen und spektroskopischen Untersuchung stellten sie fest, dass die zinkbasierte Deckschicht die elektrischen Eigenschaften der darunter liegenden Perowskitschicht nicht beeinträchtigte, während sie gleichzeitig dazu beitrug, Defekte auf der Oberfläche der Perowskitschicht abzudecken und ihre Lichtsammelfähigkeiten zu verbessern. In Experimenten mit simuliertem Sonnenlicht konnte die Prototypzelle 24,1 % des Lichts in Elektrizität umwandeln, was nahe dem höchsten Rekord liegt, der bisher von Perowskit-Solarzellen erreicht wurde.

Die Wissenschaftler sagen auch, dass die neue Methode zu den Bemühungen beiträgt, die Perowskitschicht umweltfreundlicher, stabiler und effizienter zu machen, da es nicht erforderlich ist, Bleiionen aus der Perowskitschicht zu extrahieren, um die herkömmliche Deckschicht auf Bleibasis herzustellen, was neue Möglichkeiten eröffnet Die Verwendung anderer Materialien zur Reformierung sowohl der Perowskit- als auch der Deckschicht optimiert somit die Gesamtleistung der Zelle.

An der Forschung beteiligte sich auch das Institute of Materials Research and Engineering (IMRE) der Agency for Science, Technology and Research (A*STAR) in Singapur.

Einzelheiten zur Studie sind im Februar 2023 in Nature Energy zu finden. Die Wissenschaftler arbeiten daran, die Methode auf die Herstellung von Zellen in voller Größe auszuweiten.

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