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National University of Science and Technology (NUST) MISIS: Ein neuer Zusatz erhöht die Leistung von Perowskit-Solarzellen

28.01.2021
Moskau (ots/PRNewswire) - Das Forscherteam von NUST MISIS hat verbesserte Perowskit-Solarzellen vorgestellt. Die Wissenschaftler haben Perowskit-basierte Solarzellen mit MXenen modifiziert - dünnen zweidimensionalen Titankarbiden mit hoher elektrischer Leitfähigkeit. Die auf MXenen basierenden modifizierten Zellen zeigten eine überlegene Leistung, mit einer Leistungsumwandlungseffizienz von mehr als 19 % (gegenüber 17 % bei Referenz-Solarzellen) und eine verbesserte stabilisierte Leistungsabgabe im Vergleich zu Referenzzellen. Die Ergebnisse wurden in der internationalen Fachzeitschrift Nano energy veröffentlicht.
Perowskit-Solarzellen sind eine zukunftsträchtige alternative Energietechnologie, die weltweit zum Einsatz kommt. Sie können auf speziellen Tintenstrahldruckern oder Slot-Die Maschinen mit minimaler Menge an Vakuumprozessen gedruckt werden. Dies reduziert die Kosten der Anlage im Vergleich zur traditionellen Silizium-Solarzellentechnologie.
Ihre weiteren Vorteile sind Flexibilität (die Solarzelle kann auf Substraten aus PET, einem gängigen Material für Plastikflaschen, hergestellt werden) und Kompaktheit. Perowskit-Solarzellen können an Gebäudewänden und gekrümmten Oberflächen von Autopanoramadächern angebracht werden und erhalten eine unabhängige Stromversorgung.
Das Perowskit-Modul hat die Struktur eines Sandswichs: Das Sammeln der Elektronen findet zwischen den Schichten statt. Dadurch wird die Energie des Sonnenlichts in elektrische Energie umgewandelt. Die Schichten sind sehr dünn - von 10 bis 50 Nanometer, und das "Sandwich" selbst ist dünner als ein menschliches Haar. Das Sammeln der Ladungsträger in den Solarzellen sollte mit minimalen Verlusten beim Elektronentransport einhergehen. Die Reduzierung solcher Verluste im Gerät erhöht die Leistung der Solarzelle.
Eine Wissenschaftlergruppe von Physikern der NUST MISIS und der Universität Tor Vergata (Rom, Italien) hat in Experimenten gezeigt, dass die Zugabe einer kleinen Menge von MXenen auf Titankarbidbasis zu lichtabsorbierenden Perowskit-Schichten den elektronischen Transportprozess verbessert und die Leistung der Solarzelle optimiert. Der Name - MXene kommt vom Syntheseprozess. Das Material wird durch Ätzen und Abschälen der atomar dünnen, mit Aluminium vorbeschichteten Metallcarbide (MAX-Phasen - geschichtete hexagonale Carbide und Nitride) hergestellt.
"Die Verwendung von zweidimensionalen Materialien wie MXenen zur Optimierung der Solarzelleneigenschaften hat sich als nützlich erwiesen. Sie kann in Verbindung mit verschiedenen Bauformen von Perowskit-Solarzellen angewendet werden. Der nächste Schritt ist, das gesammelte Wissen auf großflächige Perowskit-Prototypen wie Module, BIPV-Geräte sowie auf Energie-Harvester für Innenraumlicht zu übertragen" - sagte Aldo Di Carlo, Professor an der Universität Rom Tor Vergata und Teamleiter des Centre for Hybrid an Organic Solar Energy (CHOSE), sowie Professor an der NUST MISIS.
Die mit dem neuen Ansatz entwickelten Solarzellen zeigen verbesserte Kennwerte mit einem Leistungswandlungswirkungsgrad von über 19 %. Dies ist 2% mehr als die Referenzgeräte.
Der von den Entwicklern vorgeschlagene Ansatz lässt sich leicht auf das Format von Modulen und großflächigen Panels skalieren. Die Dotierung mit MXenen ändert den Herstellungsablauf nicht. Es wird nur in die Anfangsphase der Farbvorbereitung integriert; an der Architektur der Zelle ändert sich nichts.
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