Robert Klatt
Die Entwicklung von Quantenpunktsolarzellen steht noch am Anfang. Dank neuer Liganden konnte nun der Wirkungsgrad und die Lebensdauer deutlich erhöht werden.
Ulsan (Südkorea). Herkömmliche Solarzellen können lediglich eine spezifische Wellenlänge des einfallenden Lichts absorbieren. Meistens wird als Material Silizium verwendet, dass die roten Lichtwellenlängen absorbiert. Quantenpunktsolarzellen bestehen hingegen aus kleinsten Nanostrukturen, die meistens aus einem Halbleitermaterial produziert werden. Es kann somit beeinflusst werden, welche Lichtwellenlängen sie absorbieren, um ihre Effizienz zu erhöhen.
Forscher der Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) haben laut einer Publikation im Fachmagazin Nature Energy nun aus dem Material Perowskit eine Quantenpunktsolarzelle produziert, die eine Rekordeffizienz von 18,1 Prozent besitzt. Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) der U.S.A. hat den Wirkungsgrad inzwischen bestätigt.
Laut den Wissenschaftler des UNIST nutzen die Quantenpunktsolarzellen ein neues Ligand, mit dem der Abstand zwischen den Quantenpunkten reduziert werden konnte. Überdies wurde organisches Perowskit verwenden, das zuvor als zu instabil galt, aber einen deutlich höheren Wirkungsgrad, als anorganisches Perowskit besitzt.
Ein Problem von Quantenpunktsolarzellen aus organischen Materialien war bislang zudem die geringe Lebensdauer. Manche Liganden halten schlechtes Wetter und eine permanente Sonneneinstrahlung nicht aus oder zerstören die filigrane Kristallstruktur des Perowskit. Sie eignen sich also nicht für Solaranlagen, die dem Wetter standhalten müssen.
Die neuen Liganden machen die Quantenpunktsolarzellen deutlich haltbarer. Sie können 300 Stunden bei 80 Grad und 1.200 Stunden Lichteinstrahlung aushalten. Dies reicht für den industriellen Einsatz aber bisher nicht aus. Wenn die Forschung die Lebensdauer noch deutlich erhöhen kann, könnten Quantenpunktsolarzellen den Bau von Solarparks effizienter und günstiger machen.
Nature Energy, doi: 10.1038/s41560-024-01450-9
