Perowskit-Solarzellen: Haare als Booster
Forscher der Queensland University of Technology steigern Lebensdauer und Effizienz deutlich
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Hongxia Wang bei der Arbeit im Labor der QUT (Foto: qut.edu.au) |
Brisbane (pte004/12.04.2021/06:15)
Mit umgewandelten Haaren, die aus einem Friseursalon im australischen Brisbane stammen, haben australische Forscher Perowskit-Solarzellen eine Unart abgewöhnt: frühzeitiges Altern und damit verbinden das Absinken der Stromproduktion. Solarzellen aus diesem Material gelten als die Stromproduzenten der Zukunft, weil es kein preiswertes Material gibt, das Sonnenlicht so effektiv einfängt.
[b]Aus Haaren werden Kohlenstoff-Nanopartikel[/b]
Professorin Hongxia Wang und Assistenzprofessor Prashant Sonar, Materialwissenschaftler an der Queensland University of Technology https://www.qut.edu.au (QUT) in Brisbane, verwandeln die Haare unter Luftabschluss bei einer Temperatur von 240 Grad Celsius in nanometergroße Kohlenstoffpartikel. Diese vermischten sie mit dem Brei, der als Ausgangsmaterial für die Bildung der Perowskit-Strukturen dient. Er wird dünn auf eine Unterlage aufgetragen und erwärmt, bis er ausgehärtet wund zu einer Solarzelle komplettiert werden kann.
[b]Schutz vor Feuchtigkeit und Sauerstoff[/b]
Die Kohlenstoff-Nanoteilchen bildeten zur Überraschung der Forscher eine Art Rüstung, die die Kristalle vor Feuchtigkeit und Sauerstoff schützen, die ausschlaggebend für die relativ kurze Lebensdauer der Stromerzeuger ist. Willkommener Nebeneffekt: Der Wirkungsgrad lag höher als der von kohlenstofffreien Perowskit-Solarzellen.
„Die großen Herausforderungen im Bereich der Perowskit-Solarzellen bestehen darin, die Stabilität für einen Betrieb von 20 Jahren sicherzustellen und eine Produktionstechnik für große Stückzahlen zu entwickeln", so Wang. Derzeit würden alle Hochleistungs-Perowskit-Solarzellen in einer kontrollierten Umgebung mit extrem geringem Feuchtigkeits- und Sauerstoffgehalt, sodass eine Degradation weitgehend ausgeschlossen sei. Außerdem seien die Zellen so klein, dass sie für einen praktischen Einsatz ungeeignet seien.
[b]Perowskit-Zellen wären ideal für die Raumfahrt[/b]
Perowskit-Solarzellen könnten nicht nur auf der Erde hilfreich sein, sondern auch im Weltraum. Sie sind zwar nicht ganz so effizient wie Hochleistungszellen, die speziell für die Stromversorgung von Satelliten gebaut werden, aber weitaus leichter. Da die Kilogrammkosten in der Raumfahrt sehr hoch sind – bei Fracht für die Internationale Raumstation (ISS) sind es 50.000 US-Dollar – sind alle Raumfahrtnationen bestrebt, so leicht wie möglich zu bauen.
Perowskite kommen als Mineralien in der Natur vor. Sie zeichnen sich durch eine charakteristische Kristallstruktur aus. Diese ahmen die Forscher nach, allerdings mit anderen Werkstoffen als denen, die die Natur verwendet.
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