Der Durchbruch bei Quantenpunkt-Solarzellen: Silizium im Visier

Quantenpunkte und ihre Anwendung

Quantenpunkte sind winzige Halbleiterkristalle, die Licht aufnehmen und abgeben können. Ihre Größe bestimmt die Farbe des Lichts, mit dem sie interagieren, was sie für Anwendungen in Display-Technologien und Sensoren besonders nützlich macht.

Vorteil in Solarzellen

In Solarzellen könnten Quantenpunkte besonders vorteilhaft sein, da sie durch ihre variable Größe verschiedene Teile des Lichtspektrums absorbieren können. Im Gegensatz dazu absorbieren herkömmliche Solarzellen aus Bulk-Materialien das gesamte Lichtspektrum auf einmal. Darüber hinaus sind Quantenpunkte günstig in der Herstellung und können sogar als Sprühlösung aufgetragen werden.

Steigerung der Effizienz

Die Forscherinnen und Forscher an der UNIST haben die Effizienz ihrer Quantum-Punkt-Solarzellen durch die Verwendung von organischen Perowskiten als Quantumdots und die Entwicklung einer neuen Verankerungsmethode für die Dots erheblich gesteigert. Durch diese Optimierung konnte die Effizienz auf beachtliche 18,1% gesteigert werden, im Vergleich zu 16,6% im Jahr 2020.

Stabilität und Langzeitwirkung

Die neu entwickelten Solarzellen erwiesen sich auch als deutlich stabiler. Sie behielten ihre Effizienz unter normalen Bedingungen 1.200 Stunden lang bei und zeigten auch bei einer erhöhten Temperatur von 80°C über 300 Stunden lang die gleiche Leistung. Selbst nach zwei Jahren Lagerung behielten die Solarzellen ihre Effizienz bei.

Herausforderungen und Wege nach vorne

Trotz dieser Fortschritte haben Quantenpunkt-Solarzellen noch einen langen Weg vor sich, um mit den herkömmlichen Silizium-Solarzellen Schritt zu halten. Silizium-Solarzellen haben einen halben Jahrhundert Vorsprung und nähern sich bereits ihrer theoretischen maximalen Effizienz. Quantenpunkte wurden erst seit etwa 2010 intensiv in Laboren erforscht, als ihre Effizienz noch unter vier Prozent lag.

Ausblick und Skalierbarkeit

Neben den Effizienzgewinnen sollte die kostengünstige und einfache Herstellung dazu beitragen, die Technologie weiter auszubauen und eine breitere Palette von Oberflächen für die Photovoltaik nutzbar zu machen.
Diese vielversprechende Entwicklung könnte in Zukunft dazu beitragen, dass Quantenpunkt-Solarzellen eine ernsthafte Konkurrenz für herkömmliche Silizium-Solarzellen darstellen.


Quelle: Aqoma, H., Lee, SH., Imran, I.F. et al. Alkyl ammonium iodide-based ligand exchange strategy for high-efficiency organic-cation perovskite quantum dot solar cells. Nat Energy (2024). https://doi.org/10.1038/s41560-024-01450-9