Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität Dresden (TUD) haben zusammen mit ihren Kollegen des Leibnitz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden einen Weg gefunden, um Solarzellen mit Halbleitern aus Perowskit umweltfreundlicher herzustellen. Denn während der Produktion dieser Solarzellen sind Lösungsmittel notwendig, die umweltschädlich sind. Sie haben deshalb ein Computermodell entwickelt, mit dem sie prognostizieren können, welche weniger bedenklichen Lösungsmittel sich für die Produktion eignen. Darunter sind auch Substanzen, die bislang vor allem als Aromastoffe in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden.
Lösungsmittel bestimmen den Wirkungsgrad mit
Die auf Basis dieser Erkenntnisse hergestellten Perowskit-Zellen erreichen eine vergleichbare Leistung wie die gleichen Zellen, die mit den bisher verwendeten giftigen Lösungsmitteln produziert wurden. Damit haben die Dresdner Forscherinnen und Forscher einen vielversprechenden Weg für eine verantwortungsvollere Produktion elektronischer Technologien gefunden.
Perowskit-Solarzellen gelten als vielversprechende Technologie für die Photovoltaik der nächsten Generation. Denn sie können sehr hohe Wirkungsgrade erzielen. Allerdings werden sie mit Lösungsmitteln hergestellt, die für die menschliche Gesundheit und die Umwelt schädlich sein können. Diese Lösungsmittel wiederum haben einen großen Einfluss auf den späteren Wirkungsgrad der Solarzellen.
Alternativen finden ohne Experimente
Die Suche nach Alternativen gestaltete sich bisher sehr aufwendig. Denn sie basiert traditionell auf experimentellem Ausprobieren, um geeignete Lösungsmittel zu finden. Mit ihrem neuen prädiktiven Ansatz verändert das Forscherteam diesen Einstiegspunkt in die Produktion. Durch die Kombination mehrerer physikalischer und chemischer Modelle kann es vielversprechende umweltfreundliche Lösungsmittel identifizieren, noch bevor diese experimentell getestet werden. „Wir haben festgestellt, dass es keinerlei Ansätze gibt, um das Problem giftiger Lösungsmittel in lösungsmittelbasierten Solarzellen systematisch anzugehen. Das hat uns dazu veranlasst, zu überlegen, ob wir die Suche nach geeigneten Lösungsmitteln nicht komplett neu überdenken sollten“, beschreibt Yana Vaynzof, Direktorin des Institute for Emerging Electronic Technologies (IET) am IFW, die Motivation.
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Prinzip auf weitere Lösungsmittel anwenden
Mithilfe ihres neuen Weges identifizierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bisher unerschlossene grüne Lösungsmittel, darunter auch in der Lebensmittelindustrie verwendete, essbare Zusatzstoffe. Sie wiesen deren Eignung für die Herstellung von Perowskit-Solarzellen nach. Da sich diese Methode auch auf die Suche nach weiteren potenziellen Lösungsmitteln anwenden lässt, könnte sie die Anzahl der erforderlichen Experimente reduzieren und die Forscherinnen und Forscher dabei unterstützen, ein wesentlich breiteres Spektrum nachhaltiger Alternativen auszuloten.
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Nächster Schritt ist das Recycling
Im nächsten Schritt will das Forscherteam das Potenzial umweltfreundlicher Lösungsmittel zur Verbesserung der Recyclingfähigkeit von Perowskit-Solarzellen untersuchen. Der prädiktive Ansatz könnte auch auf andere lösungsmittelbasierte Elektroniktechnologien übertragen werden und damit neue Wege zu einer nachhaltigeren Fertigung eröffnen.
