Revolution im Innenraum: Solarzellen mit Rekordwirkungsgrad bei Kunstlicht

Perowskit-Solarzellen könnten bald selbst aus gewöhnlichem Raumlicht genug Energie gewinnen, um kleine Geräte dauerhaft zu versorgen – ohne Batteriewechsel. Ein internationales Team von Forscher:innen unter Leitung des University College London hat die Technologie in Laborversuchen deutlich effizienter und stabiler gemacht. Entscheidend ist eine gezielte chemische Nachbehandlung, die typische Materialfehler reduziert und den Ladungstransport verbessert. So entstehen Zellen, die speziell auf das Spektrum künstlicher Beleuchtung zugeschnitten sind und bei moderaten Beleuchtungsstärken hohe Leistungen erzielen.

Warum Perowskite für Innenräume geeignet sind

Perowskite sind kristalline Halbleiter, deren optische Eigenschaften fein einstellbar sind. Während Siliziumzellen unter direkter Sonne glänzen, ist in Innenräumen das Licht schwächer und sein Spektrum enger. Genau hier spielen Perowskite ihre Stärken aus, denn ihre Bandlücke lässt sich so wählen, dass sie bei typischen 300 bis 1000 Lux besonders effizient arbeiten. Bisher bremsten jedoch mikroskopische Defekte den Erfolg: An sogenannten „Traps“ gehen Elektronen verloren, Wärme entsteht, die Zelle altert schneller. Die neue Arbeit adressiert dieses Kernproblem und zeigt, dass die Defektdichte so weit gesenkt werden kann, dass selbst unter Kunstlicht beachtliche Wirkungsgrade erreichbar sind.

Der chemische Feinschliff

Das Team kombinierte drei Additive, die unterschiedliche Stellschrauben des Materials ansprechen. Rubidiumchlorid fördert ein gleichmäßigeres Kristallwachstum und verringert dadurch die Zahl der Fallen. Zwei organische Ammoniumsalze stabilisieren zudem die Ionenkonfiguration in der Perowskit-Schicht und glätten Grenzflächen, an denen sonst Rekombination stattfindet. Die Wirkung beschreibt Siming Huang, Doktorand am UCL, mit einem Bild: „Defekte zerlegen die Solarzelle gewissermaßen in viele kleine Stücke. Unsere Kombination fügt sie wieder zusammen – der Ladungsfluss findet einen durchgängigen Weg.“ In Messungen unter etwa 1000 Lux – also hellem Bürolicht – erreichten die optimierten Zellen einen Rekordwirkungsgrad, der deutlich über bisherigen Innenraumlösungen liegt. Wichtig ist dabei nicht nur die absolute Ausbeute, sondern auch die reproduzierbare Herstellung: Die Additive lassen sich in etablierte Beschichtungsprozesse integrieren, was eine Skalierung auf größere Flächen grundsätzlich ermöglicht.

Strom für das Internet der Dinge

Neben der Effizienz zählt die Lebensdauer. In Temperaturwechseltests und unter dauerhafter Beleuchtung behaupteten die behandelten Zellen einen Großteil ihrer Anfangsleistung über lange Zeiträume hinweg und schnitten klar besser ab als unbehandelte Referenzen. Damit wächst die Perspektive für reale Anwendungen: Sensoren im Smart Home, kabellose Schalter, Fernbedienungen oder Funktaster könnten ihren Energiebedarf künftig direkt aus Umgebungslicht decken. Für das Internet der Dinge wäre das ein doppelter Gewinn, weil Wartungsaufwand und Batteriemüll sinken. Dr. Mojtaba Abdi Jalebi bringt das Ziel auf den Punkt: „Milliarden von Kleingeräten müssen heute regelmäßig mit Batterien versorgt werden – das ist weder bequem noch nachhaltig. Innenraum-Solarzellen können diese Lücke schließen.“ Sollte sich die Technologie in gedruckten, großflächigen Modulen bewähren, wären auch Anwendungen in Industriehallen, Büros und öffentlichen Gebäuden denkbar. Die nächsten Schritte betreffen daher die Langzeitstabilität unter realistischen Bedingungen, die Optimierung der Schichtarchitektur und die Anpassung an verschiedene Lichtquellen – von LED bis Leuchtstoffröhre. Gelingt dies, könnte die Stromversorgung vieler Alltagsgeräte künftig schlicht aus der Beleuchtung kommen.

via University College London

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