Forschende der Technischen Universität München (TUM) und des Exzellenzclusters E-Conversion haben untersucht, warum Perowskit-Solarzellen an Leistung verlieren und wie sich diese stabilisieren lassen.
Die Untersuchungen umfassten laut TUM Perowskit-Solarzellen mit Dreifachkationen und großer Bandlücke (~1,68 eV) mit einem Wirkungsgrad von 24,31 Prozent, wie sie in Tandemzellen zum Einsatz kommen. Dabei stellten die Forschenden fest, dass die Degradation während des Betriebs unter schnellen solarthermischen Zyklen (Temperaturänderungsrate: 10 °C/min) unabhängig von der Passivierung ist und in zwei unterschiedlichen Phasen auftritt: Zunächst erfolgt eine »Einbrenn-Phase« (»Burn-in«), in der die Zellen bis zu 60 Prozent ihrer relativen Leistungsfähigkeit verlieren. Danach setzt eine stetige Degradation ein, die durch temperaturabhängige Schwankungen der photovoltaischen Parameter gekennzeichnet ist. Die Forscher konnten zeigen, dass temperaturinduzierte Dehnung, Phasenübergänge und eine erhöhte nichtstrahlende Rekombination gemeinsam zur Degradation der Solarzellen beitragen.
Um Leistungsverluste in der Burn-in-Phase zu verhindern, untersuchten sie organische Moleküle, die in der Zelle als Abstandhalter wirken und die Struktur wie ein Anker zusammenhalten – vergleichbar mit einem molekularen Gerüst. Durch den Vergleich verschiedener solcher Abstandshalter fanden die Forschenden einen Gewinner: Während gängige Kandidaten zum strukturellen Zerfall führten, erwies sich das voluminösere organische Molekül PDMA als beste Option. Es entstand eine deutlich robustere Solarzelle, die selbst unter dem mechanischen Stress schneller Erwärmung und Abkühlung stabil bleibt, teilt die TUM mit.
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