Einleitung
Die Erforschung von Solarzellen hat in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen, insbesondere im Hinblick auf die Entwicklung effizienter und langlebiger Technologien. Ein internationales Forschungsteam hat kürzlich die Leistungsfähigkeit invertierter Perowskit-Solarzellen unter Freiluftbedingungen untersucht, um herauszufinden, welche Faktoren zur Degradation dieser vielversprechenden Solartechnologie beitragen. Die Tests wurden in unterschiedlichen klimatischen Bedingungen in Spanien und Polen durchgeführt und die Ergebnisse mit gängigen beschleunigten Alterungsprotokollen verglichen.
Methodik der Untersuchung
Die Studiengruppe testete invertierte Perowskit-Solarzellen, die mit Polyisobutylen (PIB) umschlossen waren, über einen Zeitraum von 173 Tagen. Die Untersuchungen fanden an zwei Standorten statt: in Madrid, Spanien, mit einem heissen mediterranen Klima, und in Gdańsk, Polen, das durch ein heisses, feuchtes kontinentales Klima geprägt ist. Diese verschiedenen klimatischen Bedingungen ermöglichten es den Forschern, den Einfluss von Umweltfaktoren auf die Leistung der Solarzellen zu analysieren.
Aufbau der Solarzellen
Die getesteten Solarzellen bestanden aus einem Substrat aus Glas und Indium-Zinn-Oxid (ITO). Die Struktur beinhaltete eine Lochtransport-Schicht (HTL) aus Poly(triarylamin) (PTAA), einen aktiven Perowskit-Absorber, eine Elektronentransport-Schicht (ETL) auf Basis von Phenyl-C61-Buttersäuremethylester (PCBM), eine Bathocuproin-Puffer-Schicht sowie einen Silberkontakt (Ag). Diese Zusammensetzung ist entscheidend für die Effizienz und Stabilität der Solarzellen.
Praxistests und Protokoll
Für die Freilufttests folgten die Wissenschaftler dem ISOS-O-2-Protokoll und führten alle 60 Minuten in Gdańsk und alle 10 Minuten in Madrid Strom-Spannungs-Messungen (J-V) durch. In Spanien wurden die Zellen auf einem solarverfolgenden System montiert, während die in Polen auf einer festen Struktur installiert waren. Diese unterschiedlichen Anordnungen ermöglichten eine eingehende Analyse der Leistung unter variierenden Bedingungen.
Unterschiedliche Leistung unter Freiluftbedingungen
Die Analyse der Testergebnisse zeigte erhebliche Unterschiede in der langfristigen Leistung der Zellen. Die Zellen in Polen erhielten eine relativ stabile Leistung über den gesamten Testzeitraum, während die Zellen in Spanien einen konstanten Rückgang der Leistung erlitten. Die Wissenschaftler vermuten, dass mehrere Faktoren, darunter die klimatischen Bedingungen, der Betriebsmodus, die Montagekonfiguration und die Häufigkeit der Messungen, zu diesen unterschiedlichen Ergebnissen beigetragen haben.
Faktoren, die die Zellleistung beeinflussen
Eine detaillierte Analyse ergab, dass die Hauptfaktoren, die die Leistung der Solarzellen beeinflussen, die Degradation des Absorbers, strukturelle Mängel sowie interfaciale Verluste sind. Besonders hervorzuheben ist, dass die offene Stromschleife (OC) nachweislich die Degradation stark beschleunigt, während der maximale Arbeitspunkt (MPP) und der Kurzschluss (SC) den geringsten Einfluss hatten. Diese Erkenntnisse sind entscheidend, um die tatsächlichen Ursachen der Degradation besser zu verstehen und künftige Entwicklungen voranzutreiben.
Ähnlichkeiten mit beschleunigten Tests
Der Modus der Freiluftdegradation ähnelt im Wesentlichen dem, der durch Lichtbelastung festgestellt wurde. Interessanterweise berichteten die Forscher von keinen „auffälligen“ problemen, die mit der Extraktion verbunden waren. Dies deutet darauf hin, dass die in den beschleunigten Tests gewonnenen Erkenntnisse teilweise auch auf die Freiluftbedingungen übertragbar sind, was die Validität dieser Testmethoden unterstützt.
Wichtigkeit standardisierter Messmethoden
Die Ergebnisse der Studie verdeutlichen die Notwendigkeit konsistenter Messmethoden. Faktoren wie die Nachführung der Sonne, spezifische Betriebsbedingungen und die Häufigkeit der J-V-Messungen können die Beurteilung der stabilität unter Freiluftbedingungen erheblich beeinflussen. Diese Erkenntnisse sind von grosser Bedeutung für Investoren und Industrievertreter, die zuverlässige Benchmarks benötigen, um die Viabilität und das langfristige Potenzial der Perowskit-Technologie zu bewerten.
Fazit
Die Forschung zu Perowskit-Solarzellen bleibt ein spannendes und dynamisches Feld mit viel Potenzial. Diese Studie hat dazu beigetragen, das Verständnis über die Degradationsmechanismen und die Einflussfaktoren zu vertiefen und zeigt die Herausforderungen und Chancen auf, die mit dieser Technologie verbunden sind. In Anbetracht des Ziels, eine Lebensdauer von 20 bis 25 Jahren für photovoltaische Anwendungen zu erreichen, ist es entscheidend, die Ursachen der Degradation weiterhin zu erforschen und Lösungen zu entwickeln, die die Leistung und Haltbarkeit dieser zukünftigen Energiesysteme garantieren.
