Forscher der Nationalen Universität für Wissenschaft und Technologie NUST/MISiS in Moskau und der Universität Tor Vergata in Rom haben jetzt Perowskit-Solarzellen vorgestellt, die im Labor mit einem Wirkungsgrad von 19 Prozent im Vergleich zu Referenzzellen eine höhere Effizienz und zudem eine verbesserte stabilisierte Leistungsabgabe erreichen. Das ist ihnen gelungen, indem sie Perowskit-Zellen mit dünnen zweidimensionalen Titankarbiden mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, so genannten MXenen, modifiziert haben. Das verbessert ihre elektrische Leitfähigkeit. Ihre Ergebnisse haben die Forscher in der internationalen Fachzeitschrift Nano energy veröffentlicht.
Die Experimente der Forscher haben gezeigt, dass die Zugabe einer kleinen Menge von MXenen auf Titankarbidbasis zu den lichtabsorbierenden Perowskit-Schichten den elektronischen Transportprozess in der Solarzelle verbessert und so deren Leistung steigert. Der Name MXene leitet sich aus dem Syntheseprozess ab: Das Material wird durch Ätzen und Abschälen der atomar dünnen, mit Aluminium vorbeschichteten Metallcarbide (MAX-Phasen – geschichtete hexagonale Carbide und Nitride) hergestellt.
Der vorgeschlagene Ansatz lässt sich leicht auf das Format von Modulen und großflächigen Panels skalieren, sind die Forscher überzeugt. Die Dotierung mit MXenen ändere den Herstellungsablauf nicht. Der Vorgang werde in die Anfangsphase der Farbvorbereitung integriert; an der Architektur der Zelle ändere sich nichts.
„Die Verwendung von zweidimensionalen Materialien wie MXenen zur Optimierung der Solarzelleneigenschaften hat sich als nützlich erwiesen“, sagt Aldo Di Carlo, Professor an der Universität Tor Vergata und Teamleiter des Centre for Hybrid an Organic Solar Energy (CHOSE) sowie Professor an der NUST/MISIS. „Sie kann in Verbindung mit verschiedenen Bauformen von Perowskit-Solarzellen angewendet werden“. Der nächste Schritt sei, das gesammelte Wissen auf großflächige Perowskit-Prototypen wie Module, BIPV-Produkte sowie auf Energie-Harvester für Innenraumlicht zu übertragen.
Derzeit beschäftigen sich weltweit viele Forscher aus Wissenschaft und Industrie mit Perowskit-Zellen. Die meisten Projekte zielen auf die Koppelung von Perowskiten und Silizium in Tandemzellen. Der Hersteller Oxford PV zum Beispiel baut derzeit in Brandenburg an der Havel eine vollintegrierte Fertigungslinie für hocheffizienten Perowskit-Silizium-Tandemzellen mit einer Jahreskapazität von 125 Megawatt auf. Im Laufe dieses Jahres soll die Serienfertigung starten.
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