Eine der vielversprechendsten neuen Solarzellentechnologien hat einen enormen Effizienzschub erfahren. Ingenieure von UNIST in Südkorea haben eine Quantenpunktsolarzelle mit einem Weltrekordwirkungsgrad von 18,1 % entwickelt. Quantenpunkte sind im Wesentlichen nur winzige, runde Halbleiterkristalle, die Licht mit erstaunlicher Effizienz absorbieren und emittieren. Indem Sie die Größe von Quantenpunkten ändern, können Sie die Farbe des Lichts einstellen, das mit ihnen interagiert, wodurch sie für die Anzeigetechnologie oder Sensoren nützlich werden.
Letztendlich könnten sie jedoch ihre größte Verwendung in Solarzellen finden. Die meisten kommerziellen Solarzellen verwenden ein massives Material als lichtsammelnde Schicht, was bedeutet, dass die gesamte Oberfläche die gleichen Wellenlängen absorbiert. Aber Quantenpunkte können in verschiedenen Größen erhältlich sein, wobei sie sich auf verschiedene Teile des Spektrums konzentrieren und so die potenzielle Effizienz erhöhen. Darüber hinaus sind Quantenpunkte günstig und einfach herzustellen und können sogar zu Sprühlösungen verarbeitet werden.
In der neuen Studie nahmen Forscher des Ulsan Institute of Science and Technology (UNIST) einige Anpassungen an der Rezeptur vor, um die Technologie zu verbessern. Quantenpunktsolarzellen aus organischen Materialien sind theoretisch am effizientesten, haben aber leider den Nachteil, dass sie gegenüber Sonnenlicht und Wetterbedingungen weniger stabil sind, was für Geräte, die den ganzen Tag über dem Sonnenlicht ausgesetzt sind, nicht ideal ist. Um dieses Problem zu lösen, werden diese Solarzellen häufig durch anorganische Materialien ersetzt, was allerdings auch ihre Effizienz einschränkt.
Das UNIST-Team stellte Quantenpunkte aus organischen Peroxiden her und entwickelte eine neue Methode zur Verankerung der Quantenpunkte am Substrat, wodurch sie näher zusammenrücken können. Dadurch stieg der Wirkungsgrad von 16,6 % im Jahr 2020 auf einen Rekordwert von 18,1 %. Dieser Rekord wurde unabhängig vom US-amerikanischen National Renewable Energy Laboratory (NREL) anerkannt.
Noch besser: Die neuen Solarzellen sind viel stabiler. Unter normalen Bedingungen können sie 1.200 Stunden lang ihre volle Leistung aufrechterhalten, und bei hohen Temperaturen von 80 °C (176 °F) können sie ihre Effizienz 300 Stunden lang aufrechterhalten. Auch nach zweijähriger Lagerung zeigten sie eine gleich gute Leistung.
Quantenpunkt-Solarzellen haben noch einen langen Weg vor sich, bis sie mit den täglich verwendeten Silizium-Solarzellen gleichziehen können, deren Forschung und Entwicklung bereits ein halbes Jahrhundert voraus ist und die sich rasch ihrem theoretischen Maximalwirkungsgrad nähern. Gleichzeitig gelangten Quantenpunkte erst um 2010 wirklich ins Labor, und ihr Wirkungsgrad lag damals bei weniger als 4 %. Bei gleichzeitiger Verbesserung der Effizienz können kostengünstige und einfache Herstellungsverfahren dazu beitragen, die Technologie zu skalieren, um ein breiteres Spektrum an Photovoltaikoberflächen zu schaffen.
Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature Energy veröffentlicht.