Solarenergie ist eine wichtige nachhaltige Energiequelle, die den Kohlenstoffausstoß reduzieren kann. Insbesondere Perowskit-Solarzellen, auch bekannt als „Solarzellen der nächsten Generation“, erfreuen sich aufgrund ihres hohen theoretischen Wirkungsgrads (34 %) großer Beliebtheit und übertreffen damit den herkömmlicher Silizium-Solarzellen. Die Herstellung dieser Zellen erfordert jedoch den Einsatz giftiger Chemikalien und weist eine begrenzte Langzeitstabilität auf, was ihre Kommerzialisierung behindert.
Um das Problem zu lösen, arbeitete die Abteilung für Chemieingenieurwesen der Pohang University of Science and Technology (POSTECH) unter der Leitung von Professor Jeehoon Han mit der Abteilung für Chemieingenieurwesen der Universität Seoul unter der Leitung von Professor Min Kim zusammen. Das Forschungsteam entwickelte ein neues Herstellungsverfahren, bei dem anstelle des giftigen Lösungsmittels Dimethylformamid (DMF) biobasierte Lösungsmittel wie Gamma-Valerolacton (GVL) und Ethylacetat (EA) verwendet werden.
Kern der Studie ist KI-basierte Reverse-Engineering-Technologie. Durch die Analyse experimenteller Daten identifizierte das Forschungsteam optimale Bedingungen zur Effizienzsteigerung bei gleichzeitiger Minimierung von Kosten und CO2-Emissionen. Anschließend überprüfte es die von der KI vorgeschlagenen Bedingungen in realen Experimenten und präsentierte ein Nachhaltigkeitsbewertungsmodell, das Herstellungskosten, Umweltauswirkungen und Prozesseffizienz sowie ein globales Einsatzszenario berücksichtigt.
Das vom Forschungsteam entwickelte GVL-EA-Verfahren halbiert die Herstellungskosten von Perowskit-Solarzellen und verringert die Klimabelastung um über 80 %. Darüber hinaus bestätigten sie, dass die gemeinsame Betrachtung von Modullebensdauer und Recyclingstrategien dazu beitragen kann, den tatsächlichen Break-Even-Punkt für die Kommerzialisierung in verschiedenen Regionen zu ermitteln.
Professor Jeehoon Han von POSTECH sagte: „Durch die Optimierung des Prozesses selbst hat KI Bedingungen gefunden, die zuvor als unmöglich galten.“ Er fügte hinzu, dass die Verwendung ungiftiger Biolösungsmittel Solarzellen sicherer, billiger und effizienter machen könne.
Gleichzeitig wurde diese Studie vom „Programm zur Entwicklung umweltfreundlicher Chemikalien als alternative Rohstoffe zu Öl“ des Wissenschafts- und Informationsministeriums sowie vom „Programm zur Forschungsunterstützung für neue Fakultäten“ und vom „Programm zur Forschungsunterstützung für Doktoranden“ der Nationalen Forschungsstiftung Koreas unterstützt.
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POSTECH
