Dresdner Elektronikforscherin Vaynzof kristallisiert Perowskite unterschiedlich aus und kommt dadurch ohne Fremdatombeschuss aus

Dresden, 11. November 2022. Eine Dresdner Elektronikforscherin hat womöglich einen neuen Dreh gefunden, um die Energieausbeute von Solarzellen zu verbessern. Dafür hat die Gruppe um Prof. Dr. Yana Vaynzof von der TU Dresden gezielt unterschiedliche Kristallstrukturen in sogenannten Perowskit-Zellen erzeugt, die als besonders preiswert und energiesparsam in der Herstellung gelten. Dadurch entstanden innerhalb der Cäsium-Blei-Iod-Verbindung Kristallübergänge, an denen sich Elektronen besonders leicht lösen und einen Stromzufluss auslösen – ganz ohne „Dotierung“, also ohne Beschuss mit Fremdatomen. Dies geht aus einer gemeinsamen Mitteilung des „Centers for Advancing Electronics Dresden“ (Cfaed) und des „Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials“ (IAPP) hervor, an denen die Forschung vorangetrieben worden sind.

Phasenübergang soll Sonnenstromsammler „wesentlich effizienter“ machen

Durch die Experimente kristallisierten innerhalb eines einzigen Materials unterschiedlich strukturierte Bereiche, die Yana Vaynzof als Gamma- und Beta-Phase bezeichnet. Das Zellenmaterial ist nach der Beschichtung „polymorph“, also vielgestaltig. Der „Phasen-Heteroübergang“ zwischen den Kristallabschnitten trennt dann die Ladungsträger-Paare, die zuvor durch Sonneneinstrahlung freigeworden sind. Ab diesem Punkt können die geladenen Teilchen dann zu den Elektroden weiterwandern, an denen dann eine nutzbare Spannung anliegt. Durch diese Schichten und Übergänge seien nun Bauteile möglich, „die wesentlich effizienter als jene Solarzellen mit nur einer Phase des Perowskits sind“, betont die Elektroingenieurin.

Auch Einsatz für Billig-Mikroelektronik denkbar

Wieviel mehr Strom eine solcherart kristallisierte Solarzelle später einmal in der Praxis im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumzellen liefern kann, bleibt abzuwarten. Bisher hat das Vaynzof-Team im Labor „einen Wirkungsgrad von über 20 Prozent“ erreicht, berichtet Studien-Erstautor Ran Ji. Das liegt noch unter den heute bereits erzielbaren Wirkungsgraden von über 25 Prozent. In der eingesetzten Kristallisierungs- und Beschichtungstechnologie steckt aber womöglich noch viel Potenzial, meint offensichtlich die Fachzeitschrift „Nature Energy“, die die Dresdner Studie nun veröffentlicht hat. Denn womöglich könnten unterschiedliche Kristallphasen auch besonders billig herstellbare Mikroelektronik-Bauteile ermöglichen und manche Dotierung überflüssig machen.

Autor: Heiko Weckbrodt

Quellen: Cfaed, IAPP, TUD, Oiger-Archiv

Wissenschaftliche Publikation:

Ran Ji, Zongbao Zhang, Yvonne J. Hofstetter, Robin Buschbeck, Christian Hänisch, Fabian Paulus & Yana Vaynzof: „Perovskite Phase Heterojunction Solar Cells“ in: „Nature Energy“ (2022), DOI: 10.1038/s41560-022-01154-y

Zum Weiterlesen:

Gesalzene Perowskit-Solarzellen mit mehr Stromausbeute

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