Panchromatische Solarzellen für eine bessere Umwandlung von Sonnenenergie
Bei DSSC-Solarzellen absorbiert ein photoaktiver Farbstoff Photonen und nutzt deren Energie, um Elektronen anzuregen. Die angeregten Elektronen werden für gewöhnlich in eine nanokristalline Titandioxidschicht übertragen. Die Verarbeitung mit hoher Temperatur, die bei Titan erforderlich ist, ist jedoch nicht mit kostengünstigen Herstellungsmethoden vereinbar und die Verwendung von Farbstoffen verhindert üblicherweise die Nutzung panchromatischer Sonnenenergie. Im Rahmen des Projekts NANOMATCELL (Novel environmentally friendly solution processed nanomaterials for panchromatic solar cells) wurden neue Materialien und Architekturen für lösungsverarbeitete Solarzellen erdacht, um diese Herausforderungen zu adressieren. Durch die Verwendung gängigen und/oder nicht toxischen Nanomaterials erzielte der Halbleiter eine optimale Energielücke und einen sehr hohen Absorptionskoeffizienten, um das Sonnenlicht bestmöglich zu nutzen. Die Projektpartner entwickelten neue Strategien für die Synthetisierung, die Züchtung und die Dotierung von Halbleiter-Nanokristallen, Nanodrähten und Perowskiten. Dies umfasste eine neue Methode für umweltfreundliche kolloidale Halbleiter-Nanokristalle mit eingestellten Energielücken und sehr hohen Absorptionskoeffizienten. Das Design und die Optimierung von Perowskitmaterial sowie die Nutzung entwurfsgemäß optimierten Loch- und Elektronenakzeptormaterials. Es wurden ferner neue Farbstoffe für kurze Wellenlängen und für eine erhöhte Absorption im infrarotnahen Bereich entwickelt, um einen größeren Spektralbereich nutzen zu können. Es wurde eine kolloidale Quantenpunkt-Solarzelle mit außergewöhnlicher Photostabilität entwickelt, die eine Rekordleistung erreichte. Außerdem wurde die erste PbS-Quantenpunkt-Solarzelle demonstriert, die eine hohe Effizienz (9,6%) und eine hohe Photostabilität aufweist. Es wurde eine Rekordleistung bei Perowskit-Solarzellen erreicht (20%), welche die EU zu einer der führenden Regionen in diesem Bereich macht. Forscher demonstrierten darüber hinaus erstmals eine bei geringen Temperaturen und Umgebungsbedingungen lösungsverarbeitete Solid-State-Solarzelle, die vollständig auf nicht toxischen Materialien basiert, welche den Beschränkungen zur Verwendung von gefährlichen Stoffen (Restriction of Hazardous Substances, RoHS) entspricht. NANOMATCELL leistete einen wesentlichen Beitrag, da zum ersten Mal gezeigt wurde, dass eine herausragende Leistung mit umweltfreundlichen Nanomaterialien erreicht werden kann. Dies wird den Weg für die unverzügliche Marktaufnahme und für die Einführung in einem größeren Maßstab (einschließlich tragbarer Plattformen, in Gebäude integrierter PV-Anlagen und dezentraler Stromverteilungsnetze) ohne regulatorische Bedenken bezüglich Recyclingprozessen mit einem geschlossenen Kreislauf ebnen. Die wissenschaftlichen Resultate von NANOMATCELL wurden in führenden Peer-Review-Fachzeitschriften veröffentlicht. Die Initiative ist somit federführend darin gewesen, Europa zu einem wichtigen Akteur im Bereich der Forschung an lösungsverarbeiteten Dünnschichtsolarzellen zu machen, indem erfolgreich Solarzellen entwickelt wurden, die in ihren jeweiligen Kategorien eine Rekordleistung erzielt haben.
Schlüsselbegriffe
Farbstoffsensibilisierte Solarzellen, photoaktiver Farbstoff, Photonen, Herstellung, NANOMATCELL, Titandioxid, Nanokristalle, Nanodrähte, lichtstabil, Beschränkung gefährliche Stoffe
