2D-Perowskit revolutioniert Solarzellen

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Innovatives "Super-Material" aus den USA
weist höchst ungewöhnliche Eigenschaften auf

2D-Perowskit revolutioniert Solarzellen
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2D-Material mit höchst ungewöhnlichen Eigenschaften (Grafik: psu.edu)
27.07.2019 | Mit ungewöhnlichen Eigenschaften wartet ein 2D-Perowskit-Kristall auf, den Forscher an der Pennsylvania State University (Penn State) entwickelt haben. Im Zentrum ist er ein Isolator, an den Kanten elektrisch leitend wie Metall. Das prädestiniert das Material für Anwendungen wie Solarzellen und Nanoelektronik, sagt Kai Wang, Assistenzprofessor für Materialwissenschaften und Engineering. "Unsere Entwicklung verspricht eine Leistungssteigerung bei einer neuen Generation von optoelektronischen Systemen", so der Forscher.

Sichtbares Licht aufgesaugt

Wang und sein Team haben die ungewöhnlichen Eigenschaften entdeckt, als sie Blei-Halogenid-Perowskit-Material für die Anwendung in Solarzellen synthetisierten. Perowskit bezeichnet eine bestimmte Kristallstruktur, die sehr gut geeignet ist, sichtbares Licht zu absorbieren. Das ermöglicht Solarzellen, die mit den besten aus Silizium konkurrieren können. Sie bestehen aus preiswerten Rohstoffen und benötigen, anders als Silizium, nur wenig Energie bei der Herstellung. Sie haben allerdings einen Nachteil, der ihre Nutzung praktisch unmöglich macht - ihre sehr kurze Lebensdauer.

 

Das zu ändern, ist das Ziel von Forschern in aller Welt. "Das Tolle an diesem Material ist, dass es im Zentrum und an den Kanten völlig unterschiedliche Eigenschaften hat", so Shashank Priya, Professor für Materialwissenschaften und Engineering an der Penn State. Es sei höchst ungewöhnlich, dass ein Strom an den Kanten fließen könne, im Kern jedoch nicht. "Das hat große Auswirkungen auf das Design von Solarzellen", so der Forscher.

 

Schutz vor Selbstzerstörung

Streng genommen ist das Material nicht zweidimensional. Darunter versteht man Folien, die nur so dick sind wie ein einziges Atom oder Molekül. Der Kristall, der an der Penn State entwickelt worden ist, besteht aus mehreren Schichten. Es wechseln sich organische und anorganische Folien ab, die jeweils nur so dick sind wie ein Molekül. Die organischen Schichten schützen das eigentliche Perowskit-Material vor der Selbstzerstörung, die die Lebensdauer normaler Perowskit-Solarzellen einschränkt.

 

Darüber hinaus könnte das Material zum Bau von winzigen Generatoren genutzt werden, die Strom aus Sonnenlicht und Bewegungsenergie herstellen. Diese tragbaren Geräte könnten genutzt werden, um beispielsweise Smartphones mit Strom zu versorgen. "Es gibt viele Anwendungsmöglichkeiten", orakelt Wang. (pte)


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