Perowskit-Solarzellen könnten von einem neu entwickelten Elektronentransportmaterial (ETM) profitieren. Wie ein Forschungsteam um Steve Albrecht vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) berichtet, ersetzt das auf einem Carboran-Molekül basierende Material mCB-FMN die bislang häufig eingesetzten Fullerene (C60). Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Energy & Environmental Science veröffentlicht. Nach Angaben des HZB wurde das Material patentiert und ist bereits kommerziell verfügbar.

Carboran ersetzt Fullerene als Elektronenkontakt

Perowskit-Solarzellen erreichen bereits Wirkungsgrade von über 27 Prozent, Perowskit-Silizium-Tandemzellen über 35 Prozent. Bislang kommen für den Elektronentransport meist Fullerene zum Einsatz. Nach Angaben des HZB entstehen an deren Grenzfläche zum Perowskit-Absorber jedoch erhebliche Ladungsverluste. Zudem seien die Materialien vergleichsweise teuer und könnten sich mit der Zeit von der Schicht lösen.

Das neue Material mCB-FMN entwickelte das HZB gemeinsam mit der Kaunas University of Technology in Litauen sowie weiteren Forschungspartnern. Es lasse sich aus handelsüblichen Reagenzien herstellen und könne bereits bei niedrigeren Temperaturen abgeschieden werden als C60. Dadurch sinken laut HZB sowohl der Energiebedarf des Herstellungsprozesses als auch die thermische Belastung der Produktionsanlagen.

Höherer Wirkungsgrad und bessere Stabilität

Nach Angaben des Forschungsteams zeigen verschiedene Messverfahren, dass mCB-FMN den Elektronentransport verbessert und die Verluste an der Grenzfläche reduziert. Zusätzlich deuten theoretische Berechnungen darauf hin, dass Oberflächendefekte passiviert werden. Untersuchungen mit Elektronenmikroskopie und In-situ-Ellipsometrie ergaben außerdem eine verbesserte Schichtbildung und eine höhere Haftung innerhalb des Schichtsystems, was die Stabilität der Solarzellen erhöhen soll.

Im Vergleich zu Referenzzellen steigt der Wirkungsgrad einer p-i-n-Perowskit-Einzelzelle laut Studie um 1,5 Prozentpunkte. Bei Perowskit-Silizium-Tandemzellen beträgt der Zuwachs 2,4 Prozentpunkte. Das Forschungsteam führt dies unter anderem darauf zurück, dass zusätzlich mehr Licht die photoaktiven Schichten erreicht.

Patentiert und bereits kommerziell erhältlich

Nach Angaben des HZB wurde für das Material eine europäische Patentanmeldung eingereicht. Das Unternehmen Dyenamo habe mCB-FMN inzwischen auf den Markt gebracht. Das Forschungsteam arbeitet zudem an weiteren Materialien dieser Stoffklasse für Elektronentransportschichten.

Die Ergebnisse zeigen, dass sich nicht nur die Perowskit-Absorberschicht selbst, sondern auch Kontaktmaterialien weiter optimieren lassen. Da das Material bereits kommerziell erhältlich ist, könnten Forschungsergebnisse vergleichsweise schnell in die Entwicklung neuer Perowskit- und Tandemsolarzellen einfließen.

Quelle: Helmholtz-Zentrum Berlin | www.solarserver.de © Solarthemen Media GmbH