Forschende der Universität Potsdam haben zusammen mit Kolleginnen und Kollegen anderer Universitäten gezeigt, dass die ioneninduzierte Feldabschirmung ein entscheidender Faktor für die Betriebsstabilität von Perowskit-Solarzellen ist. Ihre Ergebnisse, die jetzt in der Fachzeitschrift „Nature Energy“ veröffentlicht wurden, bilden die Grundlage für neue Strategien, um die Lebensdauer der nächsten Generation von Solarzellen zu erhöhen.
Sonnenenergie aus Photovoltaik gehört zu den meistverbreiteten Formen erneuerbarer Energien. Tandem-Solarzellen auf Perowskit-Basis gelten dabei als Technologie der nächsten Generation und übertreffen bereits die Leistung herkömmlicher siliziumbasierter Technologien. Die Stabilität der Perowskit-Zellen ist jedoch deutlich geringer, sodass ihre Lebensdauer um etwa eine Größenordnung unter der Lebensdauer von Siliziumzellen liegt. Die eher geringe Stabilität des Perowskits wird in der Regel auf elektronische Defekte, die Oxidation der Elektroden, die ionische Natur des Perowskits oder die chemische Zersetzung unter Feuchtigkeit und Sauerstoff zurückgeführt. Um hier gezielte Verbesserungen zu ermöglichen, müssen die zugrundeliegenden Degradationsmechanismen verstanden werden.
„In unserer Publikation zeigen wir, dass eine zunehmende Konzentration von Defekten in den Zellen offenbar kein entscheidender Faktor für die Degradation ist“, sagt Martin Stolterfoht, ehemaliger Leiter der Heisenberg-Nachwuchsgruppe „PotsdamPero“ an der Universität Potsdam, der jetzt Professor an der Chinese University of Hong Kong ist.
Stattdessen ist es die Bildung von immer mehr beweglichen Ionen in den Perowskit-Halbleitern, die in der Folge das eingebaute elektrische Feld in der Perowskit-Zelle abschirmen, was zu erheblichen Extraktionsverlusten führt. „Wir haben gezeigt, dass die ioneninduzierte Feldabschirmung die Betriebsstabilität verschiedener häufig verwendeter Perowskit-Zellen dominiert. So können wir beispielsweise die ionischen Fingerabdrücke neu entwickelter Solarzellen nutzen, um die Stabilität der Zellen genau vorherzusagen“, fügt er hinzu. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage, um die Lebensdauer der Solarzellen zu erhöhen und die Entwicklung neuer Perowskit-Zellen mit hervorragender Stabilität zu beschleunigen.