Mit Solarzellen Innenraumlicht nutzen
Dreifache Passivierung und Modulation von n-Typ zu p-Typ in Perowskiten mit breiter Bandlücke steigert den Photovoltaik-Wirkungsgrad auf 37,6 %.
Ein internationales Team unter der Leitung von Forschenden des University College London hat langlebige neue Solarzellen entwickelt, die in der Lage sind, effizient Energie aus Innenraumlicht zu gewinnen, sodass Geräte wie Tastaturen, Fernbedienungen, Alarme und Sensoren ohne Batterien auskommen könnten.
Das Team verwendete Perowskit, das zunehmend in Solarzellen für den Außenbereich eingesetzt wird und im Gegensatz zu herkömmlichen Silizium-basierten Solarzellen auch für den Innenbereich geeignet ist, da sich seine Zusammensetzung so anpassen lässt, dass es die spezifischen Wellenlängen von Raumbeleuchtung besser absorbiert.
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Ein großer Nachteil von Perowskit ist jedoch, dass es winzige Defekte in seiner Kristallstruktur enthält, die „Fallen“, wegen denen Elektronen stecken bleiben, bevor ihre Energie nutzbar gemacht werden kann. Diese Defekte unterbrechen nicht nur den Stromfluss, sondern tragen auch dazu bei, dass sich das Material mit der Zeit abbaut. Das Team hat jetzt eine Kombination von Chemikalien zur Verringerung dieser Defekte eingesetzt, wodurch Perowskit-Solarzellen für den Innenbereich in greifbare Nähe rücken.
Die entwickelte Perowskit-Photovoltaik ist nach Angaben des Teams etwa sechsmal effizienter als die besten kommerziell erhältlichen Innenraum-Solarzellen. Sie sind haltbarer als andere Perowskit-Module und könnten schätzungsweise fünf Jahre oder länger verwendet werden, anstatt nur einige Wochen oder Monate.
Mojtaba Abdi Jalebi, außerordentlicher Professor am UCL Institute for Materials Discovery sagte: „Milliarden von Geräten, die nur geringe Mengen an Energie benötigen, sind auf den Austausch von Batterien angewiesen – eine unhaltbare Praxis. Diese Zahl wird mit der Ausbreitung des Internets der Dinge noch steigen.“
Der Vorteil von Perowskit-Solarzellen ist vor allem, dass sie kostengünstig sind – sie verwenden Materialien, die auf der Erde reichlich vorhanden sind und nur eine einfache Verarbeitung erfordern. Sie können auf die gleiche Weise gedruckt werden wie eine Zeitung, so Abdi-Jalebi.
Ein Problem früherer Perowskit-Solarzellen war die hohe Dichte von Fallen im Material und an den Grenzflächen zu den ladungssammelnden Schichten, die den Ladungsfluss störten und dazu führten, dass Energie als Wärme verloren ging. Das Team verwendete Rubidiumchlorid, das ein homogeneres Wachstum der Perowskitkristalle mit minimalen Spannungen förderte und die Dichte der Fallen verringerte.
Zwei weitere Chemikalien, DMOAI und PEACl stabilisieren das System aus Ionen und verhindern, dass die Leistung der Solarzelle im Laufe der Zeit verschlechtert, da der Ladungsfluss durch das Material zum Erliegen kommt.
Wie das Team ermittelte, wandeln ihre Solarzellen 37,6 % des Innenraumlichts bei 1000 Lux – das entspricht einem gut beleuchteten Büro – in Strom um, ein Weltrekord für diese Art von Solarzellen, die für Innenraumlicht optimiert sind, d. h. mit einer Bandlücke von 1,75 eV.
Die Forscher testeten auch die Solarzellen, um zu sehen, wie gut sie der Degradation im Laufe der Zeit widerstehen. Nach mehr als einhundert Tagen hatten die neu entwickelten Zellen noch 92 % ihrer Leistung, verglichen mit der Kontrollgruppe, die nur 76 % seiner ursprünglichen Leistung aufwies. [UCL / dre]
Weitere Informationen
- Originalveröffentlichung
S. Huang et al., Enhancing Indoor Photovoltaic Efficiency to 37.6% Through Triple Passivation Reassembly and n-Type to p-Type Modulation in Wide Bandgap Perovskites, Adv. Funct. Mater., Online-Vorveröffentlichung (2025); DOI: 10.1002/adfm.202502152 - Laboratory of Photonics and Interfaces – LPI (Michael Grätzel), EPFL, Lausanne
- Functional Materials and Energy Devices group (Mojtaba Abdi-Jalebi), Institute for Materials Discovery, University College London, Bloomsbury / Marshgate
