Lebensdauer der Calcium-Titan-Solarzelle auf 30 Jahre verlängert

Forscher der Princeton University haben die ersten kommerziell nutzbaren Calcium-Titanit-Solarzellen entwickelt und damit einen wichtigen Meilenstein für eine aufstrebende Technologie für erneuerbare Energien markiert, so die neueste Ausgabe der Zeitschrift Science. Das Team geht davon aus, dass ihr Gerät rund 30 Jahre lang mit mehr als dem Industriestandard betrieben wird, weit über der 20-jährigen Lebensdauer von Solarzellen.

Das Gerät ist nicht nur langlebig, sondern erfüllt auch gängige Energieeffizienzstandards. Es ist das erste seiner Art, das mit der Leistung von siliziumbasierten Zellen mithalten kann.

Perowskite sind Halbleiter mit einer speziellen Kristallstruktur, die sich ideal für den Einsatz in der Solarzellentechnologie eignen. Sie können bei Raumtemperatur hergestellt werden und verbrauchen weit weniger Energie als Silizium, wodurch sie billiger und nachhaltiger in der Herstellung sind.

Frühe Perowskit-Solarzellen (PSCs) kamen zwischen 2009 und 2012 heraus und hielten nur wenige Minuten. Der Rekord 2017 war ein Jahr des Batteriebetriebs unter Dauerbeleuchtung bei Raumtemperatur, während das neue Gerät fünf Jahre lang unter laborähnlichen Bedingungen betrieben werden konnte. Das rekordverdächtige Design unterstreicht das dauerhafte Potenzial von PSCs, insbesondere als eine Möglichkeit, die Solarzellentechnologie über die Grenzen von Silizium hinaus zu bringen, sagten die Forscher.

Diesmal schichteten die Forscher verschiedene Materialien, um die Lichtabsorption zu optimieren und gleichzeitig die am stärksten gefährdeten Bereiche vor Exposition zu schützen. Sie entwickelten eine ultradünne "zweidimensionale Verschlussschicht" zwischen zwei Schlüsselbestandteilen: einer absorbierenden Perowskitschicht und einer geladenen Schicht aus Kupfersalzen und anderen Substanzen. Ziel ist es, zu verhindern, dass Perowskit-Halbleiter innerhalb von Wochen oder Monaten ausbrennen.

Die Forscher durchdrangen auch die Entwürfe Dutzende Male, änderten winzige Details in der Geometrie und der Anzahl der Überlagerungsschichten und experimentierten mit Dutzenden von Materialkombinationen. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass das neue Gerät unter der Bedingung einer Durchschnittstemperatur von etwa 35 °C und einer Dauerbeleuchtung für mindestens 5 Jahre einen Spitzenwirkungsgrad von mehr als 80% ausüben kann.

Auf lange Sicht können Perowskite bei Raumtemperatur hergestellt werden, sagen die Forscher, und ihre Herstellung vermeidet die Verbrennung großer Mengen fossiler Brennstoffe. Aber die Entwicklung neuer Technologien bedeutet nicht, dass PSCs Siliziumgeräte weitgehend ersetzen werden, sondern ältere Technologien ergänzen, Sonnenkollektoren billiger, effizienter und langlebiger machen und Solarenergie in das moderne Leben verlängern Mehr neue Bereiche.