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Durchbruch bei Unterwasser-Perowskit-Solarzellen

Ars Technica •
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In einer Episode der Hanna-Barbera-Zeichentrickserie Birdman kämpft der gleichnamige Held an Bord eines U-Boots gegen den bösen Dr. Shark, ohne Solarenergie, um seine Kräfte aufzuladen. Birdman würde also sicherlich die neuen Perowskit-Solarzellen zu schätzen wissen, die von einem Team unter der Leitung von Simin Ma an der Yunnan-Universität entwickelt wurden, da sie für den Einsatz unter Wasser konzipiert sind. Solarzellen aus Perowskiten statt Silizium sind immer eine Geschichte von Kompromissen. Sie können kostengünstig hergestellt werden, sie können interessante Formen annehmen (wie dünne, flexible, transparente Filme) und sie können deutlich mehr der einfallenden Sonnenenergie in Strom umwandeln. Die Schwierigkeit besteht darin, dass sie dazu neigen, ziemlich schnell zu degradieren.

Feuchtigkeit ist besonders zerstörerisch für Perowskite, was sie zu einer scheinbar seltsamen Wahl für ein Unterwasser-Solarpanel macht. Aber diese Materialien haben eine weitere kritische Superkraft: Sie können auf verschiedene Lichtwellenlängen abgestimmt werden. Wasser blockiert schnell die Wellenlängen des Lichts, die Silizium-Solarpanels absorbieren, aber eine sorgfältig entworfene Perowskit-Zelle könnte im tiefblauen Meer immer noch Strom erzeugen. Und tatsächlich sollten die niedrigeren Lichtverhältnisse und kühleren Temperaturen dazu beitragen, dass sie länger leben. Die Abstimmung von Perowskiten erfordert lediglich die Anpassung eines Teils ihrer Chemie während der Produktion, sodass es keine Herausforderung war, etwas zu erhalten, das die in einigen Metern Tiefe vorhandenen Wellenlängen absorbiert.

Die eigentliche Aufgabe bestand darin, die Zellen haltbar zu machen. Das Team fand einen besonders wirksamen Zusatzstoff (Polyhexamethylenguanidinhydrochlorid), der auf mehrere Weise half. Zum einen bildete er eine wasserabweisende Schicht um das Material. Aber ein Teil der Verbindung ist auch am Perowskit-Kristallgitter beteiligt, hilft bei der Bildung größerer Kristalle und verhindert, dass sich Ionen in der Gitterstruktur bewegen. Der Zusatzstoff begrenzt einige der üblichen Arten, wie Perowskite zerfallen, während er gleichzeitig die Stromerzeugung der Solarzelle verbessert.