Den Wissenschaftlern der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) ist ein kleiner Quantensprung für die Perowskit-Technologie gelungen, der die Kommerzialisierung der Photovoltaik-Technologie deutlich beschleunigen könnte. Bislang erweisen sich die Perowskit-Solarzellen bei der Skalierung – also der Übertragung der Forschungserfolge in die Massenfertigung – als äußerst instabil. Die hohen Wirkungsgrade können nicht reproduziert werden.

Dies liege teilweise in der Elektronen-Transportschicht der Zelle begründet, die dafür sorgt, dass die Elektronen, die bei der Absorption von Licht in der Zelle entstehen, effizient zur Elektrode des Geräts übertragen werden. In Perowskit-Solarzellen besteht die Elektronentransportschicht aus mesoporösem Titandioxid, das eine geringe Elektronenbeweglichkeit aufweist und zudem anfällig für negative photokatalytische Ereignisse unter ultraviolettem Licht ist, wie die Schweizer Forscher weiter erklären.

Das EPFL hat die Elektronen-Transportschicht nun durch eine dünne Schicht aus Quantenpunkten ersetzt, wie die Wissenschaftler um Michael Grätzel und Dong Suk Kim vom Korea Institute of Energy Research in ihrer neuen Publikation erklären. Sie ist im Fachmagazine „Science“ veröffentlicht. Die Titandioxid-Elektronentransportschicht der Perowskit-Zellen sei durch eine dünne Schicht aus mit Polyacrylsäure stabilisierten Zinn(IV)-Oxid-Quantenpunkten ersetzt worden. Dies verbesserte die Lichteinfangkapazität der Zellen und unterdrückte gleichzeitig die nicht-radiative Rekombination, die bislang die Effizienz beeinträchtigte.

Mit der dünnen Schicht aus Quantenpunkten ließen sich daher höhere Wirkungsgrade auch auf größere Zellformate übertragen. Nach Angaben der Forscher erzielten sie auf einer Perowskit-Solarzelle mit einer Fläche von 0,08 Quadratzentimetern einen Rekordwirkungsgrad von 25,7 Prozent. Gleichzeitig zeigte sich eine hohe Betriebsstabilität, was bei einer Vergrößerung der Oberfläche der Solarzellen auf 1, 20 und 64 Quadratzentimeter in einem Wirkungsgrad bei 23,3, 21,7 und 20,6 Prozent resultierte.

Zur Erklärung heißt es vom EPFL weiter: Quantenpunkte sind nanometergroße Partikel, die als Halbleiter fungieren und Licht bestimmter Wellenlängen emittieren, wenn sie beleuchtet werden. Aufgrund ihrer einzigartigen optischen Eigenschaften eigneten sich Quantenpunkte ideal für den Einsatz in einer Vielzahl von optischen Anwendungen, einschließlich in der Photovoltaik.