Perowskitsolarzellen im Außendienst

Solarzellen aus Metallhalogenid-Perowskiten erreichen hohe Wirkungsgrade und lassen sich mit wenig Energie­aufwand aus flüssigen Tinten produzieren. Solche Verfahren untersucht ein Team um Eva Unger am Helmholtz-Zentrum Berlin. An der Röntgen­quelle BESSY II hat die Gruppe nun gezeigt, wie wichtig die Zusammen­setzung von Vorläufer­tinten für die Erzeugung qualitativ-hochwertiger FAPbI₃-Perowskit-Dünnschichten ist. Die mit den besten Tinten hergestellten Solarzellen wurden ein Jahr im Außen­einsatz getestet und auf Mini­modul­größe skaliert.

Metallhalogenid-Perowskite gelten als besonders preisgünstige und vielversprechende Materialklasse für Solarmodule der nächsten Generation. Perowskit-Solarzellen können mit Beschichtungs­verfahren hergestellt werden, die mit flüssigen Tinten aus Vorläufer­materialien und verschiedenen Lösungsmitteln arbeiten. Im Anschluss an die Beschichtung verdampfen die Lösungsmittel und die Perowskite kristallisieren zu einer im Idealfall homogenen Schicht.

Das Team um Eva Unger am Helmholtz-Zentrum Berlin hat große Expertise mit diesen Verfahren und untersucht Optionen für die Aufskalierung. „Perowskit-Photovoltaik ist die beste lösungs­prozessierbare PV-Technologie, die es gibt", sagt Eva Unger, „aber wir fangen gerade erst an, zu verstehen, wie sich das komplexe Zusammenspiel der Lösungs­mittel­komponenten auf die Qualität der Perowskit-Schichten auswirkt."

Denn bei der Beschichtung der Halogenid-Perowskit-Schichten auf großen Flächen können ungewollte Inhomogeneitäten auftreten, zum Beispiel rippenartige Strukturen. „Durch Variationen in der Viskosität der Tinte lassen sich solche Effekte minimieren“, sagt Jinzhao Li, der bei Unger promoviert. An BESSY II hat er untersucht, wie sich die verschiedenen Lösungs­mittel­kombinationen auf die Kristallisation der Perowskit-Filme auswirken. Die besten p-i-n-FAPbI₃-Perowskit-Solarzellen erreichen damit im Labormaßstab eine zertifizierte Leistung von 22,3 Prozent. Außerdem stellte Jinzhao Li mit Kollegen im HySPRINT-Innovations­labor und dem PVcomB Mini-Solarmodule her die Wirkungsgrade um die 17 Prozent erzielten.

Das Team von Carolin Ulbrich testete die so optimierten Solarzellen ein Jahr lang am PVcomB-Teststand im Freien. Dabei blieb der Wirkungsgrad im Winter und Frühjahr nahezu stabil, und sank erst in den wärmeren Sommer­monaten. „Diese Tests von größeren Modulen unter realen Bedingungen geben uns wertvolle Hinweise, um die Halogenid-Perowskit-Photovoltaik weiter zu verbessern“, sagt Eva Unger.

HZB / DE

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  J. Li et al.: Ink Design Enabling Slot-Die Coated Perovskite Solar Cells with >22% Power Conversion Efficiency, Micro-Modules, and 1 Year of Outdoor Performance Evaluation, Adv. En. Mater., online 4. März 2023; DOI: 10.1002/aenm.202203898
• Solution Processing of Hybrid Materials & Devices (E. Unger), Helmholtz-Zentrum Berlin