Kohlenstoffnitrid verbessert Perowskit-Solarzellen

Forscher am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam haben in Zusammenarbeit mit der Brabec-Gruppe am Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien gezeigt, dass delaminiertes Kohlenstoffnitrid die Energieausbeute von Perowskitsolarzellen signifikant verbessern kann.

14. August 2019
Delaminiertes Kohlenstoffnitrid mit Perowskitstruktur

Die Photovoltaik ist heute der Grundstein für eine dezentrale, erneuerbare und skalierbare Energieerzeugung. Die Standardlösung basiert bislang auf Silizium. Im letzten Jahrzehnt haben sich hybride organisch-anorganische Systeme auf Perowskithalogenidbasis zu Kandidaten entwickelt, die einen einfacheren und damit möglicherweise billigeren Bauelementaufbau, aber auch höhere Energieerträge ermöglichen. Es sind jedoch noch einige Schwachstellen zu beheben, beispielsweise Probleme der Lebensdauer und der Photokorrosion von Grenzflächen.

Daniel Cruz et al. setzen nun ein neuartiges zweidimensionales Polymer als Pufferschicht in solchen Perowskitzellen ein: Kohlenstoffnitrid. Die Forscher stellten dabei signifikante Verbesserungen der photovoltaischen Leistung fest. Zudem ist das eingesetzte Kohlenstoffnitrid kompatibel mit einfachen Druck- und Beschichtungsprozessen. Das neue Material verbessert die Elektronenextraktion aus dem photoaktiven Perowskit und wirkt als aktive Barriere, um die elektronen- und lochleitenden Seiten der Photovoltaikzellen zu trennen. Die beschriebene Verbesserung um ca. 2% des absoluten Energieertrags scheint gering zu sein, kann aber einen wesentlichen Beitrag zur zukünftigen Wirtschaftlichkeit solcher Solarzellen leisten.

Daniel Cruz unterstreicht: „In unserer aktuellen Arbeit haben wir eine neuartige Methode entworfen, die die nicht strahlende Rekombination von Ladungen mithilfe der unerforschten Eigenschaften von Kohlenstoffnitrid im Solarzellenfeld effizient unterdrückt. Aufgrund des einfachen Ansatzes zur Nachbehandlung wird eine allgemeinere Methodik für die Modifizierung der Grenzfläche angegeben. Möglicherweise ist diese Herangehensweise auch auf andere Solarzellen anwendbar, sodass Türen für eine neue Klasse von zu implementierenden Materialien geöffnet werden können. “

Die Forscher haben hier ein allgemeines Instrument zur Verbesserung der Energieumwandlungseffizienz von Perowskitsolarzellen entwickelt. Dabei wird eine modifizierte Kohlenstoffnitriddispersion als billige, reproduzierbare, metallfreie, nachhaltige und potenziell skalierbare Lösung zur Verbesserung der Grenzflächen elektronischer Materialien als Pufferschicht eingesetzt.

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