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Entwicklungsstand und Trends neuer Solarzellmaterialien
I. Perovskit-Solarzellen
Materialmerkmale und Vorteile
Perovskitmaterialien weisen einen hohen Absorptionskoeffizienten, eine lange Trägerdiffusionslänge und eine geringe nichtstrahlende Rekombinationsrate auf, und der Laborwirkungsgrad hat 30% überschritten17.Der Herstellungsprozess ist einfach (Lösungsmethode oder Dampfdeposition), sind die Kosten niedriger als bei kristallinen Siliziumzellen, und die Bandlücke (1,2-2,3 eV) kann durch Komponenten angepasst werden, was für Multi-Junction-Stacking-Design geeignet ist.

Durchbruch der Anwendung:Das Team des Pekinger Institutes für Technologie löste das Problem der ungleichmäßigen Perovskit-Folien mit breiter Bandbreite durch Hinzufügen langkettiger Alkylamine und erstellte einen hocheffizienten Stapelzellprototyp.
Herausforderungen und Verbesserungsansätze
Stabilität: Es wird leicht von Feuchtigkeit, ultraviolettem Licht und Temperatur beeinflusst,und die Lebensdauer muss durch Schnittstellenpassivierung und Verpackungstechnologie (z. B. Glas/Polymerverpackung) verbessert werden.
Umweltschutz: Blei-basierte Perowskite sind giftig, und die Forschung hat sich auf bleifreie Perowskite (z. B. auf Cäsium-Zinn-Basis) konzentriert16. 2. Organische Solarzellen
Materialeigenschaften und Anwendungen
Organische Materialien (wie Polymere und kleine Moleküle) sind leichtgewichtig, flexibel und lösungsverarbeitbar, so dass sie für die Herstellung transparenter/flexibler Geräte geeignet sind.Die vom MIT entwickelte organische Solarzelle aus Graphenelektroden weist sowohl hohe Leitfähigkeit als auch optische Transparenz auf und kann an Fenstern und Fahrzeugoberflächen befestigt werden.

Effizienzsteigerung: Die Effizienz im Labor erreicht 19%, aber bei großer Zubereitung sinkt sie erheblich.
Technische Optimierung
Schnittstellentechnik: Optimieren der Übereinstimmung von Spender- und Akzeptormaterialien durch molekulare Konstruktion zur Verbesserung der Trägermobilität.
Gerätestruktur: Umgekehrte organische Solarzellen (ITIC-Akzeptoren) können den Energieverlust reduzieren6.
3. Farbstoffsensibilisierte Solarzellen (DSSC)
Hauptvorteile
Mit Farbstoffsensibilisierten Schichten (wie Ruthenium-Komplexen), Titandioxid-Halbleitern und Jod-Elektrolyten kann es bei schwachem Licht arbeiten und ist kostengünstig und umweltfreundlich.

Innovationsrichtung: Quantenpunktfarbstoffe (z. B. Blei-Sulfid) können den Spektralabsorptionsbereich erweitern und die Effizienz auf 12% erhöhen.
Herausforderungen
Der Elektrolyt ist anfällig für Leckagen, und es müssen Alternativen zu festen Elektrolyten entwickelt werden6.

IV. Sonstige hochmoderne Materialien
Nanokristalline Solarzellen
Nanokristalline Materialien (wie Quantenpunkte) weisen eine hohe Quantenwirksamkeit auf, wobei die theoretische Wirksamkeit 30% übersteigt, aber das Problem der Grenzschnittstellendefekte muss gelöst werden.

Schicht- und mehrfach verbundene Zellen

Perovskit/kristallines Silizium-Laminat: Theoretische Wirksamkeit übersteigt 30%, kristallines Silizium absorbiert langwelliges Licht und Perovskit fängt kurzwelliges Licht ein.

Triple-Junction-Zelle: Die GaInP/GaAs/Ge-Struktur hat einen Wirkungsgrad von 33%, geeignet für die Luft- und Raumfahrt.

Neue Quantenmaterialien.
Das von der Lehigh University entwickelte "Intermediate-Band-State"-Material erreicht durch Kupferinterkalation eine externe Quanten-Effizienz von 190%, was die theoretische Grenze von Shockley-Queisser überschreitet.

V. Zukunftstrends und Herausforderungen
Technische Leitung

Leichtgewicht und Flexibilität: Entwicklung von tragbaren und in Gebäude integrierten Photovoltaikmaterialien (z. B. transparentes Photovoltaikglas und Photovoltaikfliesen).

Umweltschutz und geringe Kosten: Förderung von bleifreien Perovskiten und biologisch basierten organischen Materialien.
Industrielle Engpässe

Große Produktion: Notwendigkeit, das Problem der Effizienzdämpfung bei großer Vorbereitung (z. B. Perovskitdruckverfahren) zu lösen.
Stabilitätsprüfung: muss die IEC-Standardprüfung bestehen (z. B. Wärme-/Lichtalterung)