Laut Forschern des National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums sollten Perowskit-Solarzellen gleichzeitig einer Kombination von Stresstests unterzogen werden, um ihre Funktionsweise im Freien bestmöglich vorherzusagen.
Um ihre Stabilität zu beurteilen, müssen Solarzellen einer Reihe rauer Bedingungen standhalten – oft mit variablen Kombinationen sich ändernder Stressfaktoren –, aber die meisten Forscher führen diese Tests in Innenräumen mit einigen festen Stressbedingungen durch. Während diese Tests einige notwendige Erkenntnisse liefern, ist es wichtig zu verstehen, welcher Stressfaktor bei Tests in Innenräumen prädiktive Korrelationen mit dem Betrieb im Freien lieferte.
„Wir müssen verstehen, wie gut Perowskit-Solarzellen im Freien unter realen Bedingungen funktionieren, um diese Technologie der Kommerzialisierung näher zu bringen“, sagte Kai Zhu, leitender Wissenschaftler am Chemistry and Nanoscience Center am NREL. „Deshalb haben wir beschleunigte Testprotokolle identifiziert, die im Labor durchgeführt werden können, um zu zeigen, wie diese Zellen nach sechs Monaten im Betrieb im Freien funktionieren würden.“
Zhu ist Hauptautor eines neu veröffentlichten Artikels: „Auf dem Weg zur Verknüpfung von Labor- und Feldlebensdauer von Perowskit-Solarzellen“, das in der Zeitschrift erscheint Natur. Seine Co-Autoren vom NREL sind Qi Jiang, Robert Tirawat, Ross Kerner, E. Ashley Gaulding, Jimmy Newkirk und Joseph Berry. Weitere Co-Autoren stammen von der Universität Toledo, die mit Zhu an mehreren anderen aktuellen Arbeiten über Perowskite zusammengearbeitet haben.
Außenbedingungen wie Feuchtigkeit, Hitze und sogar Licht belasten Solarzellen. Dadurch nimmt die Effizienz der Solarzellen ab und die Stromproduktion nimmt mit der Zeit ab. Um die Zuverlässigkeitsziele für die Kommerzialisierung der Perowskit-Technologie zu erreichen, müssen zunächst Protokolle erstellt werden, damit Verbesserungen verschiedener Gruppen einfach validiert und verglichen werden können.
Forscher neigen dazu, die Stabilität von Perowskit-Solarzellen zu testen, indem sie sie Licht und niedrigen Temperaturen aussetzen. Es gibt jedoch ein breites Spektrum an Testbedingungen, was es schwierig macht, verschiedene Studien zu vergleichen und ihre Relevanz für das Erreichen der für die Kommerzialisierung erforderlichen Zuverlässigkeit zu erkennen.
Das vom NREL geleitete Forschungsteam unterzog Perowskit-Solarzellen einer Reihe von Tests. Beim Test auf Betriebsstabilität behielten die Zellen nach etwa 5.030 Stunden Dauerbetrieb mehr als 93 % ihrer maximalen Effizienz. Die Zellen wurden Temperaturwechseln ausgesetzt, wobei die Temperaturen immer wieder zwischen -40 und 85 Grad Celsius schwankten. Nach 1.000 Zyklen zeigten die Zellen einen durchschnittlichen Abbau von etwa 5 %.
Die Tests befassten sich getrennt mit verschiedenen Stressfaktoren wie Licht und Hitze. Unter realen Bedingungen beeinflussen diese einzelnen Faktoren jedoch gleichzeitig die Leistung von Solarzellen. In Kombination beschleunigen beispielsweise Licht und Wärme den Leistungsabfall erheblich oder verursachen neue Probleme, die bei getrennten Tests sonst nicht auftraten oder langsamer auftraten.
Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass hohe Temperatur und Beleuchtung die kritischste Kombination von Stressfaktoren sind, um zu verstehen, wie gut eine Perowskit-Solarzelle im Freien funktioniert.
Das Büro für Solarenergietechnologien des US-Energieministeriums finanzierte die Forschung.
NREL ist das wichtigste nationale Labor des US-Energieministeriums für Forschung und Entwicklung im Bereich erneuerbare Energien und Energieeffizienz. NREL wird für DOE von der Alliance for Sustainable Energy LLC betrieben.
Pressemitteilung mit freundlicher Genehmigung von NREL.
Ausgewähltes Foto: Herstellung von Solarzellen mit Perowskiten, mit freundlicher Genehmigung von Qcells.
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