Wissenschaftler der Ingenieursschule der Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) haben kürzlich eine bedeutende Entdeckung im Bereich der Perowskit-Solarzellen gemacht. Das Forscherteam unter der Leitung von Prof. ZHOU Yuanyuan entdeckte das Vorhandensein von Konkavitäten auf den Oberflächen der Kristallkörner von Perowskit-Dünnschichten. Diese mikrostrukturellen Unregelmäßigkeiten beeinflussen die Eigenschaften und Zuverlässigkeit von Solarzellen erheblich und stellen einen Schlüsselfaktor für deren Effizienz dar.

Perowskit-Solarzellen, die für ihre herausragende Energieumwandlungseffizienz (PCE) bekannt sind, werden bereits als potenzieller Ersatz für herkömmliche Silizium-Solarzellen anerkannt. Sie bieten eine Reihe von Vorteilen, darunter niedrigere Produktionskosten, nachhaltige Herstellung und hohe Anpassungsfähigkeit in Bezug auf Transparenz und Farbe. Trotz dieser Vorteile bleibt die langfristige Stabilität von Perowskit-Zellen unter verschiedenen Bedingungen eine Herausforderung für die Kommerzialisierung.

Um dieses Problem zu lösen, konzentrierte sich das HKUST-Forscherteam auf die mikrostrukturellen Aspekte des Materials. Sie fanden heraus, dass Konkavitäten auf den Oberflächen der Kristallkörner die strukturelle Kontinuität an der Schnittstelle von Perowskit-Filmen unterbrechen, was die Effizienz und Stabilität der Zellen einschränkt. Durch die Verwendung der Tensidmoleküle Kaliumtridecafluorhexan-1-sulfonat konnte das Team diese Konkavitäten beseitigen, was zu erheblichen Verbesserungen der Leistung von Perowskit-Solarzellen führte.

Neue Methode zur Effizienzsteigerung
Durch die Anwendung des Tensids manipulierte das Forscherteam die Entwicklung von Spannungen und die Ionenverteilung während der Bildung von Perowskit-Filmen. Dies ermöglichte eine verbesserte Energieerhaltungseffizienz während standardisierter Tests wie thermisches Zyklieren, feuchte Hitze und maximale Leistungspunktverfolgung.

Prof. Zhou betonte die Bedeutung des Verständnisses der Mikrostruktur von Perowskit-Materialien, um die maximale Effizienz von Solarzellen zu erreichen. "Die Struktur und Geometrie einzelner Kristallkörner sind die Quelle der Leistung von Perowskit-Halbleitern und Solarzellen. Durch die Entdeckung der Konkavitäten auf der Kornoberfläche, das Verständnis ihrer Auswirkungen und die Verwendung chemischer Verfahren zur Anpassung ihrer Geometrie, sind wir Vorreiter bei der Herstellung von Perowskit-Solarzellen mit maximaler Effizienz und Stabilität", sagte Prof. Zhou.

Neben der Entdeckung der Konkavitäten verwendete das Team die Rasterkraftmikroskopie, um die strukturellen Eigenschaften von Perowskit-Filmen detailliert zu untersuchen. Konkavitäten sind in der Regel verborgene mikrostrukturelle Faktoren, die oft übersehen werden, aber einen erheblichen Einfluss auf die Leistung von Solarzellen haben.

Zhang Yalan, Doktorand in der Forschungsgruppe von Prof. Zhou, hob die Bedeutung der Mikrostruktur für Perowskit-Solarzellen und andere optoelektronische Geräte hervor. "Unter der Leitung von Prof. Zhou haben wir verschiedene neue Charakterisierungsmethoden und Ansätze entwickelt, um Daten zu sammeln, die ein besseres Verständnis der Mikrostruktur von Perowskiten ermöglichen", sagte Zhang.

Darüber hinaus plant das Forscherteam, seine Erkenntnisse weiterzuentwickeln und anzuwenden, um die kommerzielle Rentabilität von Perowskit-Solarzellen zu verbessern. Die Einführung neuer Techniken und Verbesserungen im Herstellungsprozess könnte zu erheblichen Fortschritten in diesem Bereich führen und eine breitere Nutzung von Perowskit-Zellen in verschiedenen Branchen ermöglichen.

Perowskit-Solarzellen stellen eine außergewöhnliche Technologie dar, die die Art und Weise, wie wir Solarenergie produzieren und nutzen, revolutionieren könnte. Mit kontinuierlicher Forschung und Verbesserungen ist das Potenzial für diese Technologie enorm und bietet eine nachhaltigere und effizientere Energiequelle für die Zukunft.

Quelle: Hong Kong University of Science and Technology