Günstiger, flexibler, effizienter: Das sind die Vorteile, die Perowskit-basierte Solarzellen gegenüber dem bisher dominierenden Halbleitermaterial Silizium bieten. Selbst der hohe Wirkungsgrad der besten Laborzellen von 25,7 Prozent liegt fast unter dem Wirkungsgrad von Silizium-Solarzellen. Allein die mangelnde Haltbarkeit von Perowskiten hat die Massenproduktion bisher ausgebremst. Doch nun ist es Forschern gelungen, die Langlebigkeit ihrer Prototypen mit einer hauchdünnen Schutzschicht drastisch zu erhöhen. Laut dem Magazin Science können seine Perowskit-Solarzellen mehr als fünf Jahre lang bei Temperaturen von bis zu 35 Grad Celsius Sonnenenergie erzeugen.
Besonders empfindlich sind bisher die Perowskit-Schicht, die das Sonnenlicht absorbiert und die darunter liegende Schicht zum Transport elektrischer Ladungsträger. Deshalb fügten Yueh-Lin Loo von der Princeton University und sein Team zwischen diesen beiden Schichten eine Schutzschicht aus den Elementen Cäsium, Blei und Jod ein, nur wenige dicke Atome. Das sogenannte zweidimensionale Material wirkte stark stabilisierend auf die umgebenden Schichten, die besonders wichtig für die Gewinnung von Sonnenenergie sind. Erste Beobachtungen haben bereits gezeigt, dass der Wirkungsgrad der Perowskit-Solarzelle auch nach sechs Monaten nicht nachgelassen hat.
Diese erstaunliche Stabilität analysierten Loo und seine Kollegen noch genauer, indem sie eine Art Stresstest für Solarzellen entwickelten. „Wir wollen eine Lebensdauer von 30 Jahren, aber wir können unsere Zellen nicht 30 Jahre lang testen“, sagt Loo. Deshalb setzten die Forscher ihre Solarzellen nicht nur lange Zeit künstlichem Sonnenlicht aus, sondern erhitzten sie auch auf hohe Temperaturen. bis zu 110 Grad Celsius Unter diesen Bedingungen könnte der Alterungsprozess von Solarzellen stark beschleunigt werden. Aus den gesammelten Daten leiteten Loo und sein Team die tatsächliche Nutzungsdauer unter kühleren, realistischeren Bedingungen ab.
Der Stresstest zeigte, dass bei Temperaturen von 110 Grad Celsius der Wirkungsgrad der Solarzellen nach mehr als 2100 Stunden nur noch um etwa 80 Prozent des ursprünglichen Wirkungsgrades abfiel. Bei 35 Grad Celsius konnten Loo und seine Kollegen jedoch kaum Leistungseinbußen feststellen. Genauere Berechnungen ergaben, dass Solarzellen bei moderaten Temperaturen eine unglaublich lange Lebensdauer von mehr als fünf Jahren erreichen. Mit neuen Materialvarianten und Herstellungsverfahren könnten Perowskit-Solarzellen laut den Forschern 20 bis 30 Jahre lang mit hoher Effizienz Sonnenenergie erzeugen. Gleichzeitig konnte der relativ geringe Wirkungsgrad des Prototyps nochmals um 17,4 Prozent gesteigert werden. Daher besteht die realistische Möglichkeit, dass in einigen Jahren reine Perowskit-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von mehr als 20 Prozent oder Perowskit-Silizium-Tandemzellen mit einem Wirkungsgrad von bis zu 30 Prozent massenhaft produziert werden können.