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„Graphen-Rüstung“ steigert Solarzellen-Leistung

Material verhindert Wanderung von Atomen und Ionen

Forscher am National Institute of Science and Technology in Ulsan, Südkorea (NIST) haben einen Weg gefunden, die Leistung von Perowskit-Solarzellen durch eine „Graphen-Rüstung“ zu steigern. Damit haben sie mit der frühzeitigen Degradation eine der letzten Macken der günstigen und effektiven Technologie behoben.

Längere Haltbarkeit

„Graphen kann eine wirksame Diffusionsbarriere sein, wenn es mit metallischen Nanostrukturen kombiniert wird“, notiert das Team in seinem Forschungsbericht. Es sorge nicht nur für eine längere Haltbarkeit, sondern auch für eine bessere Sammlung von Ladungen, die letztlich den nutzbaren Strom ausmachen.

Mit einer Folie aus Graphen trennen die Forscher die Elektrode auf Metallbasis und die Perowskit-Kristalle voneinander. So können Metallatome und Halogenid-Ionen nicht mehr umherwandern und die Funktion der Solarzelle beeinträchtigen. Die Elektrode besteht aus einem Kupferkristallgitter mit eingelagerten Polyimid-Partikeln, das mit einer Graphenfolie abgeschlossen wird. Diese Hybridelektrode hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit, ist chemisch stabil und mechanisch sehr belastbar.

Hoher Wirkungsgrad

Normalerweise wählen Entwickler von Perowskit-Solarzellen Elektroden aus Indium-Titan-Oxid (ITO), weil dieses Material transparent ist, Licht also nahezu hindernisfrei passieren lässt. Abgesehen davon, dass dieses Material sehr teuer ist, zerbricht es leicht, weil es äußerst spröde ist. Zwischen ITO und Perowskit-Kristall dringen Metallatome und Halogenid-Ionen ein, die den Wirkungsgrad der Zelle schwächen.

Die neuartige Elektrode ermöglicht einen Wirkungsgrad von 16,4 Prozent. Das ist kaum weniger als bei einer ITO-Elektrode, die auf 17,5 Prozent kommt. Nach 100 Stunden hatte die Zelle mit Hybridelektrode gerade mal 2,5 Prozent ihrer Leistung eingebüßt. Zudem ist sie auch für tragbare Elektronik geeignet, die mechanisch stark belastet wird. Nach 5.000 Biegeversuchen hatte sie noch 94 Prozent ihrer Anfangsleistung.

Bild: Perowskit-Solarzelle (c) Forschungszentrum Jülich.


Lexikon

Graphen (Betonung auf der zweiten Silbe) ist die Bezeichnung für eine Modifikation des Kohlenstoffs mit zweidimensionaler Struktur, in der jedes Kohlenstoffatom im Winkel von 120° von drei weiteren umgeben ist, sodass sich ein bienenwabenförmiges Muster ausbildet. In der Theorie wurden einlagige Kohlenstoffschichten, Graphene, zum ersten Mal verwendet, um den Aufbau und die elektronischen Eigenschaften komplexer aus Kohlenstoff bestehender Materialien beschreiben zu können. Die Physiker Konstantin Novoselov und Andre Geim erhielten 2010 den Nobelpreis für Physik, nachdem sie nicht nur für die Darstellung dieser Systeme Entscheidendes geleistet, sondern auch viele ihrer ungewöhnlichen Eigenschaften entdeckt hatten.

Perowskit ist ein relativ häufiges Mineral mit der chemischen Zusammensetzung CaTiO3 (Calcium-Titan-Oxid bzw. Calciumtitanat). Die Perowskit-Struktur ist ein wichtiger Strukturtyp für technisch bedeutende Verbindungen wie Ferroelektrika, zudem können bestimmte Perowskite für die Herstellung von Solarzellen eingesetzt werden.


Quellen: pressetext.com, Wikipedia.

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