Mithilfe von Computermodellen haben die Wissenschaftler:innen des Exzellenzclusters „REC² – Verantwortungsvolle Elektronik im Zeitalter des Klimawandels“ der Technischen Universität Dresden (TUD) zusammen mit Kolleg:innen des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden vorsagen können, welche umweltfreundlichen Lösungsmittel sich für die Produktion von Perowskit-Solarzellen eignen. Darunter sind auch Substanzen, welche die Lebensmittelindustrie bislang vor allem als Aromastoffe benutzt.

Perowskit-Solarzellen gelten als vielversprechende Technologie für die Photovoltaik der nächsten Generation, da sie mithilfe lösungsmittelbasierter Herstellungsverfahren einen hohen Wirkungsgrad erzielen können. Ihre Produktion basiert bisher jedoch meist auf Lösungsmitteln, die für die menschliche Gesundheit und die Umwelt schädlich sein können. Geeignete Alternativen zu finden ist eine Herausforderung, da die Eigenschaften des Lösungsmittels einen starken Einfluss darauf haben, wie man die Materialien für Solarzellen verarbeiten kann und wie gut das resultierende Bauteil funktioniert.

Die Suche nach neuen Lösungsmitteln basierte bislang traditionell auf experimentellem Ausprobieren. Die Forschenden testen im Labor verschiedene Substanzen, bis sie eine Kombination finden, die geeignet ist. Das Team hat nun einen prädiktiven Ansatz entwickelt, der diesen Einstiegspunkt verändert. Durch die Kombination mehrerer physikalischer und chemischer Modelle können die Forschenden vielversprechende umweltfreundliche Lösungsmittel identifizieren, noch bevor sie diese experimentell testen mussten.

„Wir haben festgestellt, dass es keinerlei Ansätze gibt, um das Problem giftiger Lösungsmittel in lösungsmittelbasierten Solarzellen systematisch anzugehen. Das hat uns dazu veranlasst, zu überlegen, ob wir die Suche nach geeigneten Lösungsmitteln nicht komplett neu überdenken sollten“, sagt Yana Vaynzof, Direktorin am IFW und Professorin an der Technischen Universität Dresden.

Umweltfreundlich hergestellte Perowskit-Solarzellen ebenso leistungsfähig

Mithilfe ihres neuen Vorgehens identifizierten die Wissenschaftler:innen bisher unerschlossene grüne Lösungsmittel, darunter auch in der Lebensmittelindustrie verwendete, essbare Zusatzstoffe, und wiesen deren Eignung für die Herstellung von Perowskit-Solarzellen nach. Die daraus resultierenden Bauelemente waren ebenso leistungsfähig wie solchen, die sie unter Verwendung herkömmlicher giftiger Lösungsmittel gefertigt hatten. Da sich diese Methode auch auf die Suche nach weiteren potenziellen Lösungsmitteln anwenden lässt, könnte sie die Anzahl der erforderlichen Experimente reduzieren und die Forschenden dabei unterstützen, ein wesentlich breiteres Spektrum nachhaltiger Alternativen auszuloten.

Durch die Verringerung der Abhängigkeit von giftigen Substanzen und des Ressourcenaufwands zur Entwicklung geeigneter Alternativen könnte man die Umweltbelastung durch die Solarzellenherstellung senken und gleichzeitig die Entwicklung nachhaltigerer Elektroniktechnologien fördern, so die Idee. Der nächste Schritt besteht nun darin, das Potenzial umweltfreundlicher Lösungsmittel zur Verbesserung der Recyclingfähigkeit von Perowskit-Solarzellen zu untersuchen. Der prädiktive Ansatz könnte auch auf andere lösungsmittelbasierte Elektroniktechnologien übertragen werden und damit neue Wege zu einer nachhaltigeren Fertigung eröffnen.

Die wissenschaftliche Veröffentlichung zur Herstellung von Perowskit-Solarzellen mit umweltfreundlichen Lösemitteln ist unter diesem Link zu finden.

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Quelle: TUD | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH