Hoffnungsträger der Energiewende: Noch sind Perowskit-Solarzellen Labor-Prototypen. | Bild: W. Tress (EPFL)

Sie versprechen einen hohen Wirkungsgrad bei gleichzeitig niedrigen Herstellungskosten: Perowskit- Solarzellen. Sie haben aber einen Nachteil: Unter realen Bedingungen büssen sie schnell an Effizienz ein, unter anderem durch Luftfeuchtigkeit. Nun ist es Forschenden der EPFL gelungen, die Stabilität der Zellen deutlich zu verbessern. Sie kombinierten das Perowskit-Material, das Sonnenlicht effizient absorbiert und in Strom umwandelt, mit einer neuartig behandelten Schicht desselben Minerals.

In dieser Schicht liegen zwischen hauchdünnen Lagen von Kristallen, sogenannten 2D-Perowskiten, eigens entwickelte, positiv geladene Moleküle. Da diese wasserabweisend sind, wird verhindert, dass Feuchtigkeit zum lichtabsorbierenden Material vordringt und dieses schädigt. Nach 1000 Stunden Betrieb bei simuliertem Sonnenlicht und in feuchter Luft büsste die Zelle nur 10 Prozent ihrer anfänglichen Effizienz ein. «Bei reinen 3D-Perowskiten betragen die Verluste im gleichen Zeitraum rund 60 Prozent», erklärt Yuhang Liu, Erstautor der publizierten Studie.

Zu Beginn wandelt die Zelle 22 Prozent der eintreffenden Solarenergie in Strom um und gehört damit zu den effizientesten Zweischicht-Perowskiten weltweit. «Dies ist allerdings ein Laborwert. Und er kommt noch nicht an denjenigen von Siliziumzellen heran. Aber im Vergleich zu anderen neuartigen Technologien, etwa Farbstoffzellen, ist die Effizienz deutlich höher», so Liu.

Den hohen Wirkungsgrad führen die Forschenden ebenfalls auf die wasserabweisende Eigenschaft des neuartigen Perowskit-Materials zurück. Sie begünstigt die Extraktion von positiven Ladungen vom lichtabsorbierenden Perowskit in diejenige Schicht, welche die positiven Ladungen bewegt und ebenfalls wasserabweisend ist.

Y. Liu et al.: Ultrahydrophobic 3D/2D fluoroarene bilayer-based water-resistant perovskite solar cells with efficiencies exceeding 22%. Science Advances (2019)