Perovskit-Solarzellen (PSCs) haben in den letzten zehn Jahren Rekordwirkungsgrade erreicht, die mit Siliziumzellen konkurrieren oder sie übertreffen. Dennoch behindert Instabilität unter realen Bedingungen die Kommerzialisierung: Sonnenwärme führt zu Ionenwanderung, Gitterverzerrungen und irreversibler Degradation. Ein internationales Forscherteam aus der Shandong University of Science and Technology, der Yunnan Normal University und Partnern hat nun eine facettenorientierte Kristallisationsstrategie entwickelt, die Wärmeableitung verbessert und PSCs temperaturunabhängig macht. Die Ergebnisse, publiziert in eScience (DOI: 10.1016/j.esci.2025.100372), erzielen 25,12 % Effizienz und überragende Langlebigkeit – ein Meilenstein für skalierbare Solartechnologie.
Herausforderung: Wärmemanagement als Engpass
Trotz Defektpassivierung und Verkapselung scheitern PSCs an interner Wärmeansammlung, die Effizienzverluste von bis zu 0,564 % pro Kelvin verursacht. Konventionelle Ansätze lindern Symptome, greifen aber nicht die Ursache an. Die Studie adressiert dies durch gezielte Kristallfacettenorientierung in Cs?.??FA?.??PbI?-Perovskitfolien, die Wärmeleitung optimiert und Degradation minimiert.
Durchbruch: (100)-Facetten durch Methylaminchlorid-Steuerung
Kombiniert mit Dichtefunktionaltheorie (DFT)-Simulationen und experimenteller Herstellung zeigten Berechnungen, dass die (100)-Facetten überlegene Wärmetransport-Eigenschaften im Vergleich zu (110)- und (111)-Facetten aufweisen. Durch Zugabe von Methylaminchlorid während der Kristallisation dominierten (100)-Facetten die Folien. Messungen ergaben:
- Erhöhte Wärmeleitfähigkeit von 1,005 auf 1,068 W m?¹ K?¹.
- Temperaturreduktion um 5,25 °C unter Betrieb.
- Temperaturkoeffizient gesenkt von –0,564 auf –0,0575 % K?¹.
Umgekehrte Solarzellen erreichten eine zertifizierte Effizienz von 25,12 %. Stabilitätstests bestätigten:
- >96 % Effizienz nach 2.280 Stunden Lagerung.
- 90 % nach 1.128 Stunden Wärmealterung.
- >92 % nach 1.088 Stunden Dauerbeleuchtung.
Diese Verbesserungen unterdrücken nicht-radiative Rekombination, steigern Ladungsträger-Mobilität und reduzieren Defektdichte – ohne zusätzliche Verkapselung.
Finanzierung und Publikationskontext
Die Arbeit wurde durch die National Natural Science Foundation of China (Grants 62374105, 22179051 u. a.), das Taishan Scholar Program Shandong, Yunnan-Provincialprojekte und das Yunnan Revitalization Talent Support Program gefördert. eScience, ein Diamond Open-Access-Journal der Nankai University (Impact Factor 36,6, Rang 1 in Elektrochemie), publiziert interdisziplinäre Beiträge zu Energie und Umwelt.
Expertenbewertung: Skalierbare Lösung für reale Anwendungen
Die entsprechenden Autoren betonen, dass Facettenorientierung Effizienz und Stabilität simultan steigert, ohne auf Verkapselung angewiesen zu sein. Die Strategie bietet eine fundamentale, skalierbare Methode für robuste PSCs in heißen Klimazonen.
Globale Implikationen: Beschleunigte Energiewende
Diese Technologie revolutioniert Perovskit-Module für Freiflächenanlagen, wo Temperaturschwankungen Leistungsverluste verursachen. In Tandem-Architekturen mit Silizium verlängert sie Lebensdauern, senkt Wartungskosten und maximiert Erträge in tropischen Regionen. Mit höherer Energiedichte und thermischer Resilienz stärkt sie Perovskite als Nachfolger von Silizium, fördert CO?-neutrale Stromerzeugung und unterstützt globale Ziele wie die Pariser Abkommen. Experten erwarten schnellere Markteinführung und Kostensenkungen um bis zu 30 %.
Vollständige Studie: DOI: 10.1016/j.esci.2025.100372
