Quelle: saudigazette.com.sa
Da globale Nachhaltigkeit und Megatrends für saubere Energie beeinflussen, wie wir Energiestrategien für eine grünere Zukunft für den Planeten angehen, sind erneuerbare Technologien wie Wind und Sonne führende Forschungsschwerpunkte. Im Bereich der Solartechnologie hat das aufstrebende Gebiet der Perowskit-Solarzellen (PSCs) in den letzten anderthalb Jahrzehnten an Popularität gewonnen.
In einem von Siliziumsolarzellen dominierten Bereich muss die relativ neue Technologie der Perowskit-Solarzellen jedoch neben hohen Leistungsumwandlungswirkungsgraden (PCEs) auch zwei weitere entscheidende Anforderungen erfüllen, um erfolgreich kommerzialisiert zu werden: Stabilität und Skalierbarkeit.
In einem kürzlich veröffentlichten Science-Artikel mit dem Titel "Damp heat-stable perovskite solar cells with tailored-dimensionality 2D/3D heterojunctions" haben KAUST-Forscher einen bedeutenden Meilenstein durch den ersten erfolgreichen Photovoltaik (PV) Damp-Heat-Test von PSCs gemeldet.
Der Feuchte-Wärme-Test ist ein beschleunigter und strenger Umweltalterungstest, der darauf abzielt, die Fähigkeit von Solarmodulen zu bestimmen, einer längeren Exposition gegenüber hoher Luftfeuchtigkeit und erhöhten Temperaturen standzuhalten.
Der Test wird 1.000 Stunden unter einer kontrollierten Umgebung von 85% Luftfeuchtigkeit und 85 Grad Celsius durchgeführt. Es soll mehrjährige Exposition im Freien replizieren und Faktoren wie Korrosion und Delaminierung bewerten.
Die Härte des Tests entspricht den Kommerzialisierungsanforderungen der Photovoltaik (PV)-Technologie, die 25 bis 30 Jahre Garantie für herkömmliche Kristallin-Silizium-Module abdecken muss. Um den Test zu bestehen, muss die Solarzelle 95% ihrer ursprünglichen Leistung beibehalten.
Unter der Leitung von Erstautorin Randi Azmi, Postdoktorandin im KAUST Photovoltaiklabor von Stefaan De Wolf, musste ihre Forschung eine anhaltende Schwäche in verkapselten PSCs überwinden, um Verpackungsleckagen zu verhindern.
Diese Verwundbarkeit von 3D-Perowskit-Filmen ermöglicht die unerwünschte Infiltration von Witterungseinflüssen und bietet eine begrenzte Widerstandsfähigkeit gegen Hitze. Die von den KAUST-Forschern gefundene Lösung ist die Entwicklung und Einführung von 2D-Perowskit-Passivierungsschichten, um gleichzeitig die Leistungsumwandlungseffizienz und die Lebensdauer-PSCs zu verbessern.
Stabilität ist wichtig, da Perowskite empfindlich sind. Sie werden durch einen Dünnschichtbeschichtungsprozess eingesetzt und sind im Grunde ein Salz - so dass Perowskit-Solarzellen stark von der Anwesenheit von Feuchtigkeit beeinflusst werden.
Die Besonderheit von Perowskiten ist, dass es sich um eine Dünnschichttechnologie handelt. Wie bei herkömmlichen Solarzellen werden noch zwei Kontakte aus bestimmten Materialarten benötigt. Einer wird Elektronen sammeln und die Funktion des anderen ist es, positiv geladene "Löcher" zu sammeln - die die Abwesenheit von Elektronen darstellen.
Im Gegensatz zu Siliziumwafern können Perowskite jedoch direkt auf einem Glassubstrat mit einer Vorläuferlösung beschichtet werden. Die Lösung wird mit einem Lösungsmittel hergestellt, das in einen festen Zustand kristallisiert wird.
Einer der wesentlichen Vorteile ist, dass Vorläufermaterialien ohne teure Anlagen und energieintensive Umgebungen von über 1.000 Grad hergestellt werden können, was typisch für traditionellere Halbleiter wie Silizium ist.
"Es ist eine sehr einfache Möglichkeit, Solarzellen herzustellen. Auch wenn die optoelektronischen Eigenschaften nicht einzigartig sind, sind sie ausgezeichnet. Sie sind auf Augenhöhe mit sehr hochwertigen traditionellen Halbleitern. Das ist schon bemerkenswert", erklärt Professor De Wolf.
Durch die Veränderung der Zusammensetzung ist es auch möglich, die spektrale Empfindlichkeit über das Sonnenlichtspektrum von UV bis Infrarot abzustimmen. Dies ist für spezifische Anwendungen sehr attraktiv.
Die verbleibende Herausforderung nach Leistung und Stabilität ist die Skalierung. Die meisten Solarzellenanwendungen konzentrieren sich auf Sektoren im Versorgungsbereich und Dachmodule. Während letzteres in Saudi-Arabien nicht prominent ist, umfassen große Projekte, die im Königreich verfolgt werden, große PV-Felder in der Wüste.
"Der Markt ist siliziumbasiert, und er wird mindestens für die nächsten 20 Jahre siliziumbasiert sein", sagte De Wolf.
Daher konzentriert sich das KAUST Photovoltaics Lab hauptsächlich auf die Verbesserung der Leistung von Perowskit-Solarzellen, um effizientere "Tandem" -Lösungen voranzutreiben, die sowohl traditionelles Silizium als auch Perowskite kombinieren, wobei die aktuellen Erkenntnisse wesentlich dazu beitragen werden, die Zuverlässigkeit solcher Perowskit / Silizium-Tandemsolarzellen zu erhöhen.
