München. Forschende der Ludwig-Maximilians-Universität München haben die Perowskit Solarzellen Stabilitaet deutlich verbessert. Ihre neuen molekularen „Stoßdämpfer“ ermöglichen Solarzellen, auch bei extremen Temperaturschwankungen zwischen -80 und +80 Grad Celsius leistungsfähig zu bleiben.
Solarzellen besser schützen
Die Forschung um Dr. Erkan Aydin am Department für Chemie und Pharmazie der LMU konzentrierte sich auf die Entwicklung einer zweistufigen Verstärkungsstrategie für Perowskit-Solarzellen. Diese Technologie gilt als vielversprechend für kostengünstige und hocheffiziente Photovoltaik, besitzt jedoch bei starken Temperaturschwankungen noch eine begrenzte mechanische Stabilität. Im Raumfahrtbereich sind diese Schwankungen besonders kritisch, da unterschiedliche Ausdehnungen und Zusammenziehungen in den Materialien zu Rissen oder Ablösungen führen können.
Molekulare Verstärkung der Korngrenzen
Eine Komponente der neuen Strategie ist die Integration von Alpha-Liponsäure in die Perowskit-Schicht. Diese Moleküle polymerisieren teilweise während der Herstellung, bilden ein Netzwerk an den Korngrenzen und reduzieren Defekte. Dadurch erhöht sich die mechanische Stabilität des Materials signifikant.
Stabilisierung der Grenzfläche mit speziellen Molekülen
Zusätzlich verstärkte das Team die Grenzfläche zwischen der Perowskit-Schicht und der Elektrode mit einem speziellen Molekül, Dimethylsulfonium-Lipoic Acid (DMSLA). Dieses Molekül wirkt wie ein flexibles Netz und sorgt für eine feste Verbindung zwischen Schicht und Substrat.
„Sie sorgen dafür, dass die lichtabsorbierende Perowskit-Schicht fest mit dem Substrat verbunden bleibt, sodass sie sich an Temperaturänderungen anpassen kann, ohne dass es zu einer Ablösung kommt“, sagte Dr. Erkan Aydin.
Die optimierten Solarzellen erreichten Wirkungsgrade von 26 Prozent, etwa 3 Prozent mehr als das Referenzmodell. Nach 16 Zyklen thermischer Belastung zwischen -80 und +80 Grad Celsius blieben 84 Prozent der ursprünglichen Effizienz erhalten. Referenzzellen verloren deutlich mehr Leistung. Die Untersuchung zeigte, dass die meiste Materialdegradation bereits in den ersten Zyklen auftritt und die Gesamtdauer der thermischen Beanspruchung entscheidend ist.
Weitere Informationen zur Nutzung von Perowskit-Solarzellen finden Sie auf regionalupdate.de.
Welche Bedeutung das für die Region hat, zeigt der folgende Abschnitt.
Ausblick für Anwendungen in der Region und darüber hinaus
Die Ergebnisse der LMU-Forschenden liefern wichtige Hinweise für die Entwicklung langlebiger Perowskit-Solarzellen, die insbesondere für Anwendungen unter extremen Bedingungen wie in der Raumfahrt oder auf Stratosphärenplattformen geeignet sind. Für die Region München und die beteiligten Wissenschaftler bedeutet dies einen bedeutenden Fortschritt in der Materialforschung und Photovoltaikentwicklung.
Für Verbraucherinnen und Verbraucher ist die gesteigerte Stabilität ein Schritt hin zu effizienteren und langlebigeren Solarsystemen. Die Forschungen werden voraussichtlich in weiteren Projekten vertieft, um Perowskit-Solarzellen noch besser auf die Herausforderungen extremer Temperaturzyklen vorzubereiten. Termine für Folgeuntersuchungen sind noch nicht festgelegt.
Detaillierte Informationen zur Studie sind in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht (https://doi.org/10.1038/s41467-026-70293-7). Weitere Hintergründe zur Photovoltaik-Technologie bietet das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz auf seiner offiziellen Website.
