Ein internationales Forschungsteam der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Saudi-Arabien hat eine bahnbrechende 3D/2D-Pervoskitsolarzelle vorgestellt, die bedeutende Fortschritte in Bezug auf Effizienz und Stabilität zeigt. Diese Entdeckung, veröffentlicht am 29. Januar 2025, nutzt einen Meta-Amidinopyridin (MAP)-Liganden zur Verbesserung der ferroelektrischen Eigenschaften, ohne den Ladungstransport zu beeinträchtigen.
Die neuen Solarzellen kombinieren einzigartige 2D-Hybridmaterialien, die für ihre Stabilität und hohe Exzitonbindungsenergie bekannt sind. Das Forschungsteam experimentierte mit verschiedenen organischen Ammoniumsalzen und favorisierte schließlich halogenierte Phenethylammoniumiodid (PEAI)-Salze aufgrund ihrer überlegenen Löcherextraktionsfähigkeiten.
Um die 3D/2D-Pervoskithybriden zu verbessern, wandten die Forscher eine Lösungsgießtechnik an, die zu einer gut geordneten 2D-Pervoskitschicht führte, die die Gesamtleistung der Solarzellen erheblich verbessert. Sie stellten fest, dass diese Methode eine ordentliche Ausrichtung der 2D-Phase auf der 3D-Pervoskitschicht ermöglichte, was entscheidend für die Optimierung der Effizienz ist.
Tests unter Standardbeleuchtungsbedingungen ergaben eine maximale Energieumwandlungseffizienz von 26,05 %, mit einer zertifizierten Effizienz von 25,44 % und einem Füllfaktor von 85,5 %. Zum Vergleich erreichten herkömmliche Solarzellen ohne den 2D-MAP-Liganden eine Effizienz von 23,5 % und einen Füllfaktor von 81,45 %.
Auch die Haltbarkeitstests zeigten vielversprechende Ergebnisse, da die verkapselten Solarzellen nach 1.000 Stunden und 840 Stunden unter feuchten Wärme- und Außenbedingungen 82 % bzw. 75 % ihrer ursprünglichen Effizienz beibehielten. Dies deutet auf eine signifikante Verbesserung der praktischen Langlebigkeit hin, was diese Solarzellen für reale Anwendungen rentabel macht.
Die Studie mit dem Titel "Lösungsmodulierte 3D/2D-Heterostrukturen für hochleistungsfähige Pervoskitsolarzellen" beinhaltete die Zusammenarbeit von Forschern mehrerer angesehener Institutionen, darunter die Chinesische Universität Hongkong und die Nationale Technische Universität Athen.