Zinn-Perowskit-Solarzellen Ungiftig und potenziell stabiler als bleihaltige Perowskit-Module

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Zinn-Perowskit-Solarzellen sind nicht nur ungiftig, sondern auch potenziell stabiler als bleihaltige Perowskit-Solarzellen. Allerdings sind sie auch deutlich weniger effizient. Nun gelang einem internationalen Team eine deutliche Verbesserung: Das Team identifizierte chemische Verbindungen, die von selbst eine molekulare Schicht bilden, welche sehr gut zur Gitterstruktur von Zinn-Perowskiten passt.

Forschungen an Zinn-Perowskit-Solarzellen versprechen nicht nur Umweltfreundlichkeit, sondern auch eine potenziell höhere Stabilität als ihre bleihaltigen Gegenstücke. Doch ihre bislang geringere Effizienz stellte eine große Herausforderung dar.

Ein internationales Forscherteam hat einen entscheidenden Fortschritt erzielt. Mithilfe chemischer Verbindungen, die selbstorganisierte molekulare Schichten bilden, können Zinn-Perowskite jetzt mit hervorragender optoelektronischer Qualität hergestellt werden. Dieses Durchbruchdesign bei der Grenzflächenerstellung bedeutet ein großes Potenzial für die zukünftige Solarzellenentwicklung. Zinn-Perowskit-Solarzellen sind nicht nur ungiftig, sondern auch potenziell stabiler als bleihaltige Perowskit-Solarzellen.

Zinn-Perowskit als Zukunftsweg

Perowskit-Halbleiter sind ein spannendes neues Material für Solarzellen. Sie sind extrem dünn und flexibel, einfach und günstig herzustellen und hoch effizient. Bevor Perowskit-Solarzellen jedoch in großem Maßstab vermarktet werden können, müssen zwei Hürden überwunden werden: Erstens sind sie noch nicht über Jahrzehnte hinweg stabil, und zweitens enthalten die leistungsstärksten Perowskit-Materialien Blei.

Eine interessante, ungiftige Alternative, die am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) untersucht wird, sind Zinn-Perowskit-Solarzellen. Sie sind potenziell stabiler als ihre bleihaltigen Pendants. Dank ihrer besonderen elektrooptischen Eigenschaften eignen sie sich besonders gut für Tandem- und Dreifach-Solarzellen. Dennoch sind Zinn-Perowskit-Solarzellen noch weit davon entfernt, die hohen Wirkungsgrade von bleihaltigen Perowskiten zu erreichen. Der Projektleiter Dr. Artem Musiienko kommentiert: „Wir haben gezeigt, dass die Leistung von Zinn-Perowskit-Photovoltaik durch gezieltes Moleküldesign deutlich verbessert werden kann.“

Verbesserte Kontaktschichten

Ein Knackpunkt bisheriger Designs war die Kontaktschicht, die mittels PEDOT:PSS hergestellt wurde. Diese Methode brachte beträchtliche Herausforderungen mit sich, darunter Effizienzverluste. Das Forscherteam identifizierte jedoch alternative selbstorganisierte Monoschichtmoleküle (SAM), die eine bessere Passung ermöglichen. Im Blickpunkt steht hierbei Phenothiazin (Th-2EPT), das von Dr. Tadas Malinauskas und Mantas Marčinskas entwickelt wurde. Die Anwendung dieser SAMs führte zu einer beeindruckenden Leistungssteigerung: „Wir weisen nach, dass die höhere Leistung auf die hervorragende optoelektronische Qualität des auf dem neuartigen SAM gewachsenen Perowskits zurückzuführen ist“, betont Valerio Stacchini.

Mit einem erreichten Wirkungsgrad von 8,2 % legen die Zellen mit Th-2EPT die Grundlage für weitere Optimierungen und die Entwicklung von Tandemsolarzellen aus reinem Zinn-Perowskit. Diese Fortschritte heben Zinn-Perowskit in das Rampenlicht der internationalen Forschungsgemeinschaft und ebnen den Weg zu einer umweltfreundlichen und leistungsstarken Solarzellen-Zukunft. (heh)

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