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Ultrastabile Solarzellen auf Perowskit-Basis mit Schutzkleber

05.06.2023

Silizium-Solarzellen hatten vielleicht ein paar Jahrzehnte Vorsprung, aber Perowsk schließt diese Lücke in nur 15 Jahren schnell auf. Seine Effizienz kommt nicht nur der von Silizium nahe, es ist auch billiger, leichter und flexibler, es hat aber auch einen großen Nachteil: die Haltbarkeit.

Bei längerer Einwirkung der Elemente neigen Perowskite dazu, zu zerfallen, was wiederum nicht gut für Geräte ist, die jahrzehntelang den ganzen Tag und täglich der Sonne ausgesetzt sind. Wissenschaftler haben damit experimentiert, sie unter anderem durch die Zugabe von Massenmolekülen, 2D-Zusätzen, Kohlenstoffnanopunkten aus Haaren oder Quantenpunkten zu verstärken. Aber die neue Behandlung ermöglicht es Perowskit-Solarzellen, nach 99 Betriebsstunden mit einem Wirkungsgrad von 1000 % zu arbeiten.

Zum Schutz der Perowskite verwendete das Team einen neuen Klebstoff. Es heißt BondLynx und wurde ursprünglich vom kanadischen Materialunternehmen XlynX für andere Zwecke hergestellt, bevor es an Solarzellen getestet wurde.

Probleme mit Perowskiten beginnen, wenn die organischen Komponenten im Material durch Hitze und Licht aktiviert werden und verschwinden können, wodurch der Perowskit geschwächt wird und andere Materialien in der Solarzelle beschädigt werden. BondLynx ist ein „Vernetzungsmittel“, das chemische kovalente Bindungen mit diesen organischen Komponenten bildet und so deren Lockerung verhindert und die Wirksamkeit verringert.

Das Team verarbeitete Perowskit-Solarzellen mit BondLynx und setzte sie dann über einen längeren Zeitraum Hitze und Licht aus, um zu sehen, wie gut sie im Vergleich zu unbehandelten Solarzellen abschneiden. Die Solarzellen starteten mit einem Wirkungsgrad von 24 % und behielten nach 99 Stunden kontinuierlicher Einwirkung von künstlichem Sonnenlicht einen Wirkungsgrad von etwa 1000 % bei. Im Vergleich dazu verloren unbehandelte Solarzellen unter gleichen Bedingungen im gleichen Zeitraum 35 % ihres ursprünglichen Wirkungsgrades.

Die Solarzellen wurden außerdem 60 Stunden lang kontinuierlich einer Hitze von 140 °C (600 °F) ausgesetzt. Den behandelten BondLynx gelang es, in dieser Zeit fast 98 % ihrer Potenz beizubehalten, während die Kontrollgruppe 27 % ihrer Potenz verlor.

Obwohl die Versuche erst wenige Monate alt waren, deutet die Tatsache, dass die behandelten Zellen ihre Wirksamkeit kaum verloren, darauf hin, dass sie deutlich länger leben dürften. Zusammen mit einer weiteren neuen Beschichtung, die Solarzellen schätzungsweise eine Lebensdauer von 30 Jahren verleihen soll, könnte dieser mutige neue Herausforderer seine Achillesferse reparieren und bald Silizium um die Vormachtstellung im Solarbereich herausfordern.

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Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:

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Mini-Klimaanlage Sony Reon Pocket 5 09.05.2024

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Energie aus dem Weltraum für Raumschiff 08.05.2024

Mit dem Aufkommen neuer Technologien und der Entwicklung von Raumfahrtprogrammen wird die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum immer machbarer. Der Leiter des Startups Virtus Solis teilte seine Vision mit, mit dem Raumschiff von SpaceX Orbitalkraftwerke zu bauen, die die Erde mit Strom versorgen können. Das Startup Virtus Solis hat ein ehrgeiziges Projekt zur Schaffung von Orbitalkraftwerken mit dem Starship von SpaceX vorgestellt. Diese Idee könnte den Bereich der Solarenergieerzeugung erheblich verändern und sie zugänglicher und kostengünstiger machen. Der Kern des Plans des Startups besteht darin, die Kosten für den Start von Satelliten ins All mithilfe von Starship zu senken. Es wird erwartet, dass dieser technologische Durchbruch die Solarenergieproduktion im Weltraum gegenüber herkömmlichen Energiequellen wettbewerbsfähiger machen wird. Virtual Solis plant den Bau großer Photovoltaikmodule im Orbit und nutzt Starship für die Lieferung der notwendigen Ausrüstung. Allerdings eine der größten Herausforderungen ... >>

Neue Methode zur Herstellung leistungsstarker Batterien 08.05.2024

Mit der Entwicklung der Technologie und dem zunehmenden Einsatz von Elektronik wird die Frage der Schaffung effizienter und sicherer Energiequellen immer dringlicher. Forscher der University of Queensland haben einen neuen Ansatz zur Herstellung von Hochleistungsbatterien auf Zinkbasis vorgestellt, der die Landschaft der Energiebranche verändern könnte. Eines der Hauptprobleme herkömmlicher wiederaufladbarer Batterien auf Wasserbasis war ihre niedrige Spannung, die ihren Einsatz in modernen Geräten einschränkte. Doch dank einer neuen, von Wissenschaftlern entwickelten Methode konnte dieser Nachteil erfolgreich überwunden werden. Im Rahmen ihrer Forschung wandten sich Wissenschaftler einer speziellen organischen Verbindung zu – Catechol. Es erwies sich als wichtige Komponente, die die Stabilität der Batterie verbessern und ihre Effizienz steigern kann. Dieser Ansatz hat zu einer deutlichen Spannungserhöhung der Zink-Ionen-Batterien geführt und sie damit wettbewerbsfähiger gemacht. Laut Wissenschaftlern haben solche Batterien mehrere Vorteile. Sie haben b ... >>

Alkoholgehalt von warmem Bier 07.05.2024

Bier, eines der häufigsten alkoholischen Getränke, hat einen ganz eigenen Geschmack, der sich je nach Temperatur des Konsums verändern kann. Eine neue Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams hat herausgefunden, dass die Biertemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks hat. Die vom Materialwissenschaftler Lei Jiang geleitete Studie ergab, dass Ethanol- und Wassermoleküle bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Arten von Clustern bilden, was sich auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks auswirkt. Bei niedrigen Temperaturen bilden sich eher pyramidenartige Cluster, wodurch die Schärfe des „Ethanol“-Geschmacks abnimmt und das Getränk weniger alkoholisch schmeckt. Im Gegenteil, mit steigender Temperatur werden die Cluster kettenförmiger, was zu einem ausgeprägteren alkoholischen Geschmack führt. Dies erklärt, warum sich der Geschmack einiger alkoholischer Getränke, wie z. B. Baijiu, je nach Temperatur ändern kann. Die Erkenntnisse eröffnen Getränkeherstellern neue Perspektiven, ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

Ultrareine Diamantwafer mit bis zu 25 EB Daten 07.05.2022

Eine der Arten von Diamant-Punktdefekten ermöglicht es, sie als Quantenbit zum Organisieren von Berechnungen oder zum Speichern von Daten zu verwenden.

Dies kann durch die Unvollkommenheit der Technologie zum Züchten von ultrareinen Diamantscheiben behindert werden, was zu einer Herausforderung für Wissenschaftler geworden ist. Die Japaner nahmen die Herausforderung an und konnten eine interessante Lösung für das Problem finden.

Wenn an irgendeiner Stelle des Diamantkristallgitters eines der Kohlenstoffatome durch ein Stickstoffatom ersetzt (gebunden) ist, dann wird eine solche Verletzung der Diamantkristallstruktur eine stickstoffsubstituierte Leerstelle im Diamant oder ein NV-Zentrum genannt. Ein solcher Punktdefekt hat Quanteneigenschaften, die durch Licht, Magnetfelder oder andere Einflüsse auch bei Raumtemperatur leicht kontrolliert werden können. Insbesondere kann das NV-Zentrum zur Aufzeichnung und Speicherung von Daten verwendet werden.

Ein Merkmal von Diamantstrukturen mit NV-Zentren ist, dass nicht zu viel Stickstoff vorhanden sein sollte. Für den praktischen Einsatz von Diamantdatenträgern ist es daher erforderlich, entweder sehr große Scheiben mit zulässigen Stickstoffverunreinigungen herzustellen (Stickstoff sozusagen großflächig zu „verschmieren“) oder reinste Diamanten mit streng kontrollierter Menge zu züchten von Verunreinigungen, was technisch viel schwieriger ist.

Bisher haben hochreine Diamanten kaum eine Fläche von 4 mm2 überschritten, was extrem klein ist. Japanischen Forschern der Saga University und der japanischen Adamant Namiki Precision Jewellery ist es jedoch gelungen, eine Technologie zu entwickeln, mit der ultrareine Diamantwafer mit einem Durchmesser von 2 cm (5 Zoll) gezüchtet werden können. Theoretisch kann jede dieser Discs bis zu 25 EB an Daten speichern, was der Aufzeichnung einer Milliarde 25-GB-Blu-Ray-Discs auf einem Diamond-Medium entspricht.

Das Erfolgsgeheimnis liegt in der besonderen Struktur des Substrats, auf dem die Diamantscheibe gewachsen ist. Dies ist normalerweise eine flache, flache Oberfläche. Während des Wachstumsprozesses und in seinen frühen Stadien brach hochreiner Diamant auf einer solchen Oberfläche oft unter seinem eigenen Gewicht. Um Risse zu vermeiden, schlugen die Wissenschaftler eine abgestufte Substratoberfläche vor, die das Gewicht des wachsenden Diamanten gleichmäßiger verteilen würde. Das neue Substrat ermöglichte es, einen sehr, sehr reinen Diamanten mit einem Durchmesser von 5 cm und einer Reinheit von 3^10-9 zu züchten. Doch darauf ruhten sich die Wissenschaftler nicht aus und wollen nun einen Diamanten mit doppelt so großem Durchmesser züchten.

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