NanoNews

Wie können wir nachhaltig und regenerativ Strom erzeugen? Unser derzeitiges Wirtschafts- und Gesellschaftssystem ist immer noch sehr stark vom Öl abhängig. Wir müssen es zwar mittlerweile nicht mehr aus den Walen herausholen, da wir vor einiger Zeit festgestellt haben, dass es auch Öl im Boden gibt (zum Glück der armen Wale…). Da wir aber wissen, dass Öl begrenzt, und es womöglich sauberere Methoden gibt Strom zu erzeugen, die im Idealfall überall und für jeden verfügbar sind, wird schon lange an regenerativen Energien geforscht. Dieser Trend geht natürlich auch nicht an der Nanotechnologie vorbei. Nanotechnologen beschäftigen sich dabei besonders gern mit Solarzellen. Das hat damit zu tun, dass in der Solarzelle viel Nanotechnologie verbaut ist. Wie eine Solarzelle aufgebaut ist wird im folgendem Video sehr gut erklärt:

In dem Artikel Improved air stability of perovskite solar cells vie solution-processed metal oxide transport layers vom Oktober 2015 beschreiben die Autoren, eine neue besondere Perowskitsolarzelle (also nicht Silizium, wie im Video). Diese Solarzellen sind sehr vielversprechend, da man sich sehr gute Effizienzen (umgewandeltes Sonnenlicht in Strom) erhofft und sie einfach herzustellen sind. Perowskit ist ein fotoaktives Mineral, d.h. es reagiert, wenn es mit (Sonnen-)licht bestrahlt wird. Für eine Solarzelle eine super Sache. Allerdings brauch man noch die im Video beschriebenen positiven (p-type) und negative (n-type) Schichten. Die werden bei der Perowskitsolarzellen aus bestimmten organischen Materialien hergestellt und oberhalb und unterhalb der Perowskitschicht angebracht. Diese Schichten haben solche schönen Namen wie poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulphonate oder 2,2,7,7-tetrakis(N,N-p-dimethoxyphenylamino)-9,9-spirobifluorene, und nein, ich habe es mir nicht ausgedacht!!! Das große Problem dieser Solarzellen ist, dass sie sehr empfindlich gegenüber Temperatur und Feuchtigkeit sind und dadurch schnell unbrauchbar werden. Ein Ansatz ist es die organischen n und p Schichten durch Metalloxide zu ersetzen. In dem Artikel von You und Co. wird genau das gemacht. NiOx (Nickeloxid) wird als p-type und ZnO (Zinkoxid) als n-type benutzt:

Figure 1

Figure 2 © 2018 Macmillan Publishers Limited

Die Metalloxide sind selber nicht nur widerstandsfähiger gegenüber äußeren Einflüssen, sie wirken gleichzeitig auch wie eine Versiegelung des Perowskit. Mit den so hergestellten Schichten erreichen die Autoren eine Effizienz von bis zu 16%, je nachdem wie dick die einzelnen NiOx und ZnO Schichten sind. Auf dem Markt erhältliche Solarzellen haben Effizienzen bis zu 22.5% (https://news.energysage.com/). Die Perowskitsolarzellen testen sie dann, indem sie deren Effizienz  über viele Tage messen und mit den Messungen von organisch beschichteten Perowskitsolarzellen vergleichen. Ein Beispiel sieht man im Bild unten:

Figure 3

Die rote Linie ist die Solarzelle mit dem Metalloxiden und die Schwarze mit organischen Schichten. Die Werte sind auf den Messwert der ersten Messung normiert. © 2018 Macmillan Publishers Limited

Man sieht ganz deutlich, dass die organisch beschichteten Zellen sehr schnell versagen, während die Metalloxidischen ihre Effizienz beibehalten. Das Ziel dieser Arbeit, die Perowskitsolarzellen stabiler zu machen ist also sehr erfolgreich gewesen und dadurch wird der bisherige Nachteil dieses Solarzellentypes stark verbessert. Jetzt bleibt nur noch zu hoffen, dass auch die Effizienz noch wesentlich verbessert werden kann

Kommentare (5)

  1. #1 Mars
    2. Mai 2018

    aber es kommt nicht nur auf die effizienz an,
    sondern auch auf die herstellung und deren preis

    sonder-solarzellen, für spezielle bereiche (Weltraum), hoch effizient, aber sehr teuer gibt es ja, aber wenn man damit einen durchbruch erzielen will, sind – wie so oft – die kosten ausschlaggebend.
    und der energetische fussabdruck sollte am ende auch stimmen
    (ab heute sind unserer Ressourcen offiziell schon verbraucht).

  2. #2 UMa
    2. Mai 2018

    Hallo Samir,

    also Öl wird heute für die Stromerzeugung nur noch zu 4% verwendet. In den 1970er Jahren waren es mal 25%. Auch absolut ist der Ölanteil an der Stromerzeugung seit 1980 gefallen.

  3. #3 Sascha
    2. Mai 2018

    Na, an den folgenden Satz (vor dem Diagramm) musst du noch mal ran:
    “Diese Solarzellen testen sie dann, indem sie die Effizienz der über viele Tage messen und sie mit organisch beschichteten Perowskitsolarzellen”

  4. #4 JW
    3. Mai 2018

    Ist ein Teil des Tricks nicht die Schichtung von Silizium und Perowskitzellen?
    Neue haben doch ein unterschiedliches Absorptionsspektrum. Da braucht man nicht die bessere Effizienz, wenn es die Kombination macht.

  5. #5 tomtoo
    5. Mai 2018

    @samir
    Was ich nicht verstehe, Sand gibts wie Sand Meer. Winarum sollte das Zeugs also auf dauer billiger sein ?