Ein neuartiges Material für Solarzellen wurde von Spezialisten der Ural Federal University (UrFU) und des Institute of Organic Synthesis of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences zusammen mit ihren Kollegen vorgeschlagen. Die gefundenen Verbindungen werden die Kosten der Solarzellenproduktion deutlich senken. Der Artikel ist erschienen im Neue Zeitschrift für Chemie.
Perowskit-Solarzellen (PSCs) sind eine vielversprechende Alternative zu den bekannten Siliziumzellen, die die gleiche Energiemenge bei 180-mal geringerer Materialstärke liefern. Ihre Produktionstechnologie ist viel einfacher und billiger als die von Siliziumzellen. Das Problem mit PSCs ist ihre mangelnde Stabilität. Eine der effektivsten Lösungen heute, erklärten die Spezialisten, ist die Auswahl neuer Materialien, die den Transport von Ladungsträgern gewährleisten, nachdem sie in der Perowskit-Schicht selbst gewonnen wurden.
Wissenschaftler der UrFU und der UB RAS haben ein neuartiges Material für den Elektronentransport in PSCs vorgeschlagen, das eine Reihe von Vorteilen hat. Nach Angaben der Autoren konnten sie mit dem neuen Material einen Solarenergie-Umwandlungswirkungsgrad von 12 % erreichen, was mit der durchschnittlichen Leistung von Gegenstücken auf dem Markt vergleichbar ist.
„Die Familie von Molekülen, die wir gefunden haben, transportiert Elektronen in PSCs etwas schlechter als die heute verwendeten Fullerene, aber sie sind etwa doppelt so billig, viel einfacher herzustellen und haben eine Reihe anderer technologischer Vorteile“, sagt Gennady Rusinov, außerordentlicher Professor an der Abteilung für Organische Synthesetechnologie der UrFU.
Obwohl Fullerene laut Wissenschaftlern das begehrteste Elektronentransportmaterial für PSCs sind, haben sie Probleme mit morphologischer Stabilität und geringer Lichtabsorption sowie große Schwierigkeiten bei der Modifizierung elektronischer Eigenschaften. Die Kosten für die Synthese und Reinigung von Fullerenen machen ihre Anwendung in manchen Fällen wirtschaftlich unwirtschaftlich.
„Unsere Moleküle sind frei von den Hauptnachteilen von Fullerenen, und ihre Synthese ist selbst in großen Mengen sehr einfach. Die optischen, elektrochemischen und elektronischen Eigenschaften unserer Moleküle lassen sich leicht modifizieren. Außerdem sind sie Dipole, was eine Reihe von Möglichkeiten eröffnet von Möglichkeiten zur Verbesserung von PSCs“, sagte Gennady Rusinov.
Forscher der Ural Federal University und des Institute of Cosmophysical Research der Ural Branch der Russian Academy of Sciences schlugen eine vollständige Synthesetechnik für die neuen Moleküle vor und untersuchten auch ihre thermische Stabilität sowie ihre elektronischen und optischen Eigenschaften.
AS Steparuk et al., Thieno[3,2-b]Indol-Benzo(b)thieno[2,3-d]Thiophen-3(2H)-on-basierte D-π-A-Moleküle als Elektronentransportmaterialien für Perowskit-Solarzellen, Neue Zeitschrift für Chemie (2022). DOI: 10.1039/D2NJ02202H