Indoor-Perowskit-Solarzellen machen Wegwerf-Batterien in Geräten überflüssig

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Ein Forschungsteam des University College London (UCL) hat in Kooperation mit chinesischen und Schweizer Wissenschaftlern eine Solarzelle auf Perowskit-Basis für Innenräume entwickelt, die bis zu sechsmal effektiver arbeitet als bisherige Indoor-Solarzellen. Vorhandenes Kunstlicht in Innenräumen könnte genutzt werden, um damit etwa Fernbedienungen, Rauchmelder und Sensoren mit Energie zu versorgen, sodass diese keine Wegwerf-Batterien mehr benötigen.

Aktuelle Innenraum-Solarzellen vereinen derzeit noch viele negative Eigenschaften. So sind sie vor allem teuer und ineffizient. Das macht sie untauglich für die Massenanwendung. Dabei gibt es genügend Anwendungsbereiche, um ohnehin anfallendes Kunstlicht dafür zu nutzen, über Solarzellen kleinere Elektronikgeräte mit Strom zu versorgen. Das Problem der massenhaft anfallenden Wegwerf-Batterien in privaten Haushalten, Büros und Produktionsanlagen könnte so gelöst werden.

Das Forschungsteam nutzt Perowskit als Ausgangsmaterial für ihre Solarzellen. Perowskit ist ein recht häufig zu findendes Mineral und entsprechend preisgünstig. Bei Solaranlagen für den Außenbereich hat es sich bereits als vielversprechend erwiesen, solange es keine strukturellen Defekte aufweist. Im Vergleich zu herkömmlicherweise für Solarzellen verwendetes Silizium kann das Mineral so gezüchtet werden, dass es bestimmte Wellenlängen des Lichts absorbiert. Dadurch ist es für den Einsatz in Räumen mit weniger Licht besser geeignet als Silizium-basierte Solarzellen.

Verbesserung der Perowskit-Kristalle

Das Problem bei Perowskit-Solarzellen ist jedoch, dass das Material in seiner Kristallstruktur kleine Defekte, Traps genannt, aufweisen kann, die den Fluss der Elektronen behindern können. Die Forscher fanden jedoch eine Lösung dafür, wie sie in der Studie "Enhancing Indoor Photovoltaic Efficiency to 37.6% Through Triple Passivation Reassembly and n-Type to p-Type Modulation in Wide Bandgap Perovskites" schreiben, die in Advanced Functional Materials erschienen ist.

Sie fügten beim Züchten der Perowskit-Kristalle Rubidiumchlorid hinzu. Damit konnte ein gleichmäßigeres Wachstum der Kristalle erzielt und die Anzahl der Traps verringert werden. Doch das reichte den Wissenschaftlern nicht aus. Zur Stabilisierung der Ionen des Materials und zur Verhinderung deren Aufspaltung fügten sie zwei organische Ammoniumsalze hinzu: N, N-Dimethyloctylammoniumiodid (DMOAI) und Phenethylammoniumchlorid (PEACl). Beide sorgen dafür, dass die Effizienz weniger beeinträchtigt wird.

Effizientere Solarzellen

Mit den modifizierten Perowskit-Material erstellten die Forscher Indoor-Solarzellen, die in der Lage sind, 37,6 Prozent des Lichts bei rund 1000 Lux in hellen Räumen in Strom umzuwandeln. Nach Angaben der Forscher gelinge dies sechsmal besser als bei den derzeit besten kommerziell erhältlichen Indoor-Solarzellen.

Die Forscher ließen ihre Perowskit-Zellen Lagerungs- und Stresstests durchlaufen. Nach 3200 Stunden Lagerung wiesen die Zellen noch 92 Prozent ihrer Leistung auf, bei einer herkömmlichen unbehandelten Perowskit-Zelle, die zur Kontrolle herangezogen wurde, sind es lediglich 76 Prozent. Bei Luftfeuchtigkeiten zwischen 17 Prozent und 50 Prozent waren es nach neun Tagen noch 84 Prozent. Bei 300 Stunden durchgehender Beleuchtung sank die Leistung auf 76 Prozent. Die Wissenschaftler bestimmten eine potenzielle Nutzungsdauer in kleinen Elektronikgeräten. Bis zu fünf Jahre lang könnten die Solarzellen solche Geräte mit Energie versorgen, heißt es in einer Mitteilung der UCL.

Die Forscher sind von ihren modifizierten Perowskit-Solarzellen für die Nutzung in Innenräumen überzeugt. Es laufen bereits Gespräche mit möglichen industriellen Partnern, um eine kommerzielle Nutzung und eine Massenproduktion zu ermöglichen.

(olb)