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Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie forscht an bleifreien und stabilen Perowskit-Solarzellen

Forscher ersetzen giftiges Blei durch Zinn

Forscher haben herausgefunden, wie Perowskit-Solarzellen mit Zinn statt dem bislang giftigen Blei hergestellt werden können. © Abzieher/Gharibzadeh/KIT

Die besten Perowskit-Solarzellen schaffen zwar enorme Wirkungsgrade, enthalten aber giftiges Blei und erreichten bislang nur geringe Wirkungsgrade. Wissenschaftler wissen nun, wie sich stabile Perowskit-Schichten mit Zinn herstellen lassen.

Zwar ist Zinn die beste Alternative und damit hergestellte Halogenidperowskite sollten ausgezeichnete optische Eigenschaften aufweisen, aber in der Praxis sind ihre Wirkungsgrade mittelmäßig und nehmen schnell ab. Diese rasche "Alterung" ist ihr Hauptnachteil: Die Zinnkationen in der Perowskitstruktur reagieren sehr schnell mit Sauerstoff aus der Umgebung, so dass ihre Effizienz abnimmt.

Einen Weg, dennoch Zinn für ungiftige Solarzellen auf Perowskitbasis zu nutzen, haben Antonio Abate vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und Zhao-Kui Wang vom Institut für funktionelle Nano- und weiche Materialien (FUNSOM) an der Soochow Universität in China gefunden. Dem verwendeten Zinn werden organische Gruppen eingefügt und so eine zweidimensionale Struktur geschaffen, die zu so genannten 2D-Ruddlesden-Popper-Phasen führt. Dadurch bietet das Material über einen langen Zeitraum eine stabile Leistung.

Morphologie der Perowskitfilme analysiert

"Wir verwenden Phenylethylammoniumchlorid (PEACl) als Zusatz zu den Perowskitschichten. Dann führen wir eine Wärmebehandlung durch, während die PEACl-Moleküle in die Perowskit-Schicht einwandern. Dies führt zu vertikal geordneten Stapeln von zweidimensionalen Perowskit-Kristallen", erklärt Erstautor Meng Li. In der Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) konnten sie die Morphologie und die Kristalleigenschaften der Perowskitfilme nach verschiedenen Glühbehandlungen genau analysieren.

Die besten dieser bleifreien Perowskit-Solarzellen erreichten einen Wirkungsgrad von 9,1 Prozent und hohe Stabilitätswerte, sowohl unter Tagesbedingungen als auch im Dunkeln. Die PEACl-Moleküle reichern sich durch die Wärmebehandlung zwischen den kristallinen Perowskit-Lagen an und bilden eine Barriere, die verhindert, dass die Zinn-Kationen oxidieren. Quelle: HZB / al

 

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