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Wie Tief Können Solarzellen Gehen? Perowskit-Forscher Sagen Runter, Runter
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Video: Wie Tief Können Solarzellen Gehen? Perowskit-Forscher Sagen Runter, Runter
Video: Solarzellen der neuen Generation begeistern Forschern - futuris 2023, Februar
Anonim

Die Kosten für Solarstrom sinken praktisch von Tag zu Tag, und das nächste neue „heiße“Solarzellenmaterial – Perowskit – wird die Kosten noch weiter drücken. Bisher sind Perowskit-Solarzellen nicht im Handel erhältlich, aber dieses Jahr wird ein Rinnsal auf den Markt kommen, und eine Reihe neuer Forschungen deuten darauf hin, dass das Rinnsal zu einer Flut wird. Passen Sie auf, wenn das passiert. Der Kraftwerkskohlemarkt ist bereits im Toaster und Perowskit könnte ihn knusprig braten und dabei auch noch Erdgas nach unten ziehen.

Solarzellen Perowskit
Solarzellen Perowskit

Panasonic gehört zu den Unternehmen, die kostengünstige Perowskit-Solarzellen auf den Markt bringen (Foto von Panasonic).

Perowskit für mehr und billigere Solarzellen

Perowskit ist ein natürlich vorkommendes Mineral (auch bekannt als Calciumtitanat), das seit seiner Entdeckung im Ural im Jahr 1839 der Wissenschaft bekannt ist.

Die Wissenschaft mag Perowskit gekannt haben, aber die Forscher haben seine photovoltaischen Eigenschaften erst in den 1950er Jahren vollständig untersucht.

Synthetischer Perowskit ist relativ kostengünstig und einfach herzustellen, was die Möglichkeit eröffnet, ihn als Ersatz für Silizium, den Hauptbestandteil heutiger Solarzellen, zu verwenden. Silizium ist effizient, aber teuer, und die Suche nach Ersatzstoffen ist in vollem Gange.

Das bringt uns zum heutigen Tag, an dem Forscher herausgefunden haben, wie die Achillesferse von Perowskit gelöst werden kann, also seine Tendenz, unter feuchten Bedingungen auseinanderzufallen. Eine Lösung besteht beispielsweise darin, der Mischung eine Dosis Graphen zuzusetzen.

NREL zur Rettung mit versiegelten Perowskit-Solarzellen

Ein weiteres Puzzlestück ist die Verwendung von Blei in Perowskit-Solarzellen. Laut unseren Freunden vom National Renewable Energy Laboratory kann die Zugabe von Blei in winzigen Mengen die Effizienz von Perowskit-Solarzellen um fast 25 % steigern. Ohne diese Unterstützung wird die Effizienz halbiert.

Das Problem ist, dass Blei in der Umwelt giftig ist und sich die in Perowskitzellen verwendete Form von Blei in Wasser auflöst. Das ist eigentlich kein Problem, wenn die Zelle nur ungestört dasteht, aber Blei könnte freigelegt werden, wenn die Zelle beschädigt ist.

Ein Forscherteam des NREL hat einen Weg gefunden, dieses Risiko praktisch zu eliminieren. Ihre Lösung besteht darin, beide Seiten der Zelle mit einem haltbaren bleiabsorbierenden Film zu beschichten.

Wie haltbar? Schauen Sie in der Zeitschrift Nature nach und erfahren Sie alle Details aus ihrem Artikel „On-Device Lead Sequestration for Perovskite Solar Cells“, in dem Tests beschrieben werden, bei denen unter anderem Hämmer, Messer und Säure zum Einsatz kamen.

Eine marktreife Perowskit-Zelle von Panasonic

Inzwischen arbeiten Panasonic und NEDO (Japans New Energy and Industrial Technology Development Organization) daran, die Herstellungskosten für Perowskit-Solarzellenmodule zu senken.

In der neuesten Entwicklung hat die Zusammenarbeit zu einer 16,09 % effizienten PV-Zelle geführt, die durch den Einsatz eines großvolumigen Prozesses mit hohem Durchsatz ähnlich dem Tintenstrahldruck hergestellt werden kann.

Abgesehen davon, dass sie die Kosten senkt, kann die leichte Zelle auch in Anwendungen effizient betrieben werden, bei denen Siliziumsolarzellen unpraktisch sind, wie beispielsweise Fenster und Gebäudefassaden.

Ein Umwandlungswirkungsgrad von 16,09% ist für diesen Zelltyp ziemlich anständig, aber die Partner planen, ihre Perowskit-Formel für zukünftige Verbesserungen zu optimieren. Auf jeden Fall wird die geringere Effizienz durch das Potenzial ausgeglichen, größere Flächen mit weniger Aufwand abzudecken.

Perowskit & Silizium zusammen

Am oberen Ende der Effizienzskala liegt die Strategie, Perowskit mit Silizium in einer einzigen Tandemsolarzelle zu kombinieren. Die neueste Entwicklung in dieser Hinsicht stammt von einem Forschungsteam der Technischen Universität Kaunas in Litauen.

Ihre neue Perowskit-Silizium-Tandemzelle wurde mit 29,15% Wirkungsgrad von Fraunhofer zertifiziert, ein Rekord für diesen Zelltyp.

Die Grundidee besteht darin, kostengünstiges Perowskit zu verwenden, um das teurere Silizium zu dehnen.

Ein Gramm Silizium taugt den Forschern zufolge nur für die Herstellung von wenigen Quadratzentimetern Solarmaterial. Ihr Tandemmaterial kann bis zu 1.000 Quadratmeter umfassen.

Auf der Fertigungsseite werden die Kosten durch den Einsatz eines Selbstmontageverfahrens gesenkt. Hier ist der Erklärer von der Schule:

„Die selbstorganisierten Monoschichten (SAMs) sind nur 1-2 nm dünn und bedecken die gesamte Oberfläche; die Moleküle werden auf der Oberfläche durch Eintauchen in eine verdünnte Lösung abgeschieden. Die Moleküle basieren auf Carbazol-Kopfgruppen mit Phosphonsäure-Ankergruppen und können auf verschiedenen Oxiden SAMs bilden.“

Hast du das alles? Ein Unternehmen namens Tokyo Chemical Industry Co. tat es sicherlich. Das japanische Unternehmen hat bereits eine Lizenz zur Herstellung des Tandemmaterials erworben.

Inzwischen haben andere Forscher das Leitproblem angegangen, indem sie Zinn als alternatives Material untersucht haben.

Wann diese neuen Perowskit-PV-Zellen in die Regale Ihres örtlichen Baumarkts kommen, hat CleanTechnica das britische Unternehmen Oxford PV um ein Update zu seinem Zeitplan für 2020 gebeten. Bleiben Sie also dran, um mehr darüber zu erfahren.

Foto: Perowskit-Solarzelle von Panasonic.

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