Ein internationales Forscherteam hat einen bedeutenden Fortschritt bei der Entwicklung ungiftiger Zinn-Perowskit-Solarzellen erzielt. Diese gelten als umweltfreundliche Alternative zu bleihaltigen Perowskit-Solarzellen, waren jedoch bisher deutlich weniger effizient. Nun konnte die Effizienz durch den Einsatz einer neuen chemischen Verbindung namens Phenothiazin (Th-2EPT) erheblich gesteigert werden.
Perowskit-Halbleiter sind ein vielversprechendes Material für Solarzellen: Sie sind extrem dünn, flexibel, kostengünstig in der Herstellung und weisen eine hohe Effizienz auf. Dennoch stehen zwei Hindernisse einer großflächigen Markteinführung im Weg: die begrenzte Langzeitstabilität und der Einsatz von Blei in den leistungsstärksten Varianten. Zinn-Perowskit-Solarzellen bieten hier eine ungiftige Alternative mit potenziell höherer Stabilität und eignen sich besonders für Tandem- oder Dreifach-Solarzellen. Ihre Wirkungsgrade lagen jedoch bisher deutlich unter denen ihrer bleihaltigen Pendants.
In herkömmlichen Zinn-Perowskit-Solarzellen wird die untere Kontaktschicht üblicherweise mit PEDOT:PSS hergestellt, was aufwendig ist und Verluste verursacht. In Bleiperowskiten konnten selbstorganisierte Monoschichten (SAMs) diese Schicht ersetzen und sogar neue Wirkungsgradrekorde ermöglichen. Bisherige Versuche mit der SAM-Verbindung MeO-2PACz in Zinn-Perowskiten führten jedoch zu schlechteren Ergebnissen als mit PEDOT:PSS. Analysen zeigten, dass die Grenzfläche zwischen MeO-2PACz und dem Perowskitgitter nicht optimal harmonierte, was zu erheblichen Energieverlusten führte. Das Forscherteam identifizierte daraufhin Phenothiazin (Th-2EPT) als eine besser passende SAM-Verbindung. Diese wurde an der Technischen Universität Kaunas in Litauen synthetisiert. Th-2EPT ermöglicht die Bildung von Perowskitfilmen mit hoher Kristallinität, wenn auch mit kleineren Körnern, und minimiert Rekombinationsverluste an der Grenzfläche. Solarzellen mit Th-2EPT übertrafen die Leistung von Vergleichszellen mit PEDOT:PSS oder MeO-2PACz deutlich und erreichten einen Wirkungsgrad von 8,2 %.Durch gezieltes Moleküldesign konnte die Leistung von Zinn-Perowskit-Solarzellen signifikant verbessert werden. Die Ergebnisse bilden eine Grundlage für weitere Optimierungen und ebnen den Weg für die Entwicklung effizienter Tandemsolarzellen aus reinem Zinn-Perowskit. Die hohe optoelektronische Qualität der auf Th-2EPT gewachsenen Perowskite markiert einen wichtigen Schritt in Richtung nachhaltiger Solartechnologien.
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