Ein Wiki für die Perowskit-Solarzellenforschung
Aus mehr als 15 000 Fachveröffentlichungen hat ein internationales Expertenteam Daten zu Metallhalogenid-Perowskit-Solarzellen gesammelt und eine Datenbank dafür entwickelt. Die Datenbank mit ihren Visualisierungsoptionen und Analysetools ist Open Source und soll den Überblick über rasch anwachsenden Wissensstand sowie die offenen Fragen in dieser spannenden Materialklasse ermöglichen. Die Studie wurde von der HZB-Wissenschaftlerin Dr. Eva Unger initiiert und von Ihrem Postdoc Jesper Jacobsson umgesetzt und koordiniert.
Halogenid-Perowskite haben riesiges Potential für Solarzellen und andere optoelektronische Anwendungen. Solarzellen auf Basis von metallorganischen Perowskiten erreichen Wirkungsgrade von über 25 Prozent, sie lassen sich preisgünstig und mit minimalem Energieaufwand herstellen, aber haben noch Entwicklungsbedarf in Bezug auf Stabilität und Zuverlässigkeit. In den letzten Jahren boomt die Forschung an dieser Materialklasse und produziert eine Flut an Ergebnissen, die auf traditionellem Weg kaum noch zu überblicken ist. Unter dem Stichwort „perovskite solar“ waren im Web of Science bereits über 19 000 Veröffentlichungen eingetragen (Frühjahr 2021).
Daten nach FAIR-Prinzipien
Nun haben 95 Expertinnen und Experten aus mehr als 30 internationalen Forschungseinrichtungen eine Datenbank konzipiert, um Erkenntnisse zu Perowskit-Halbleitern systematisch zu erfassen. Die Daten sind nach den FAIR-Prinzipien aufbereitet, sind also leicht auffindbar (Findable), zugänglich (Accessible), interoperabel (Interoperable) und wiederverwendbar (Re-usable). Durch Lesen der vorhandenen Literatur haben sie über 42 000 individuelle Datensätze zusammengeführt, in denen sich die Daten nach verschiedenen Kriterien wie Materialkompositionen oder Bauteiltyp filtern und darstellen lassen. An dieser Herkules-Aufgabe waren Forschende aus mehreren Teams am HZB beteiligt.
Neue Einblicke durch KI-gestützte Analysen
„Daten waren schon immer die Grundlage der empirischen Wissenschaft, aber wenn Daten in ausreichend großen Mengen und auf zusammenhängende Weise gesammelt werden, dann lassen sie sich mit modernen Algorithmen und künstlicher Intelligenz durchsuchen und können völlig neue Einsichten ermöglichen“, sagt Jesper Jacobsson, Koordinator dieses Projekts.
Einfach: Hochladen neuer Resultate
Die Datenbank stellt Analysewerkzeuge und grafische Datenvisualisierungen bereit, die eine einfache und interaktive Erkundung ermöglichen und bietet auch die Option, unkompliziert neue Daten aus neuen geprüften Fachpublikationen hochzuladen. „Es ist ein Wiki für die Perowskit-Solarzellenforschung“, sagt Eva Unger und setzt auf die Mitwirkung der Forschungsgemeinschaft: „Diese Art von Forschungsdatenplattformen bietet uns zukünftig die Möglichkeit, unsere Forschungsdaten nach FAIR-Prinzipien zusätzlich zu etablierten Publikationsformaten öffentlich zu machen.“
Nicht nur die Wissenschaft, auch die Industrie wird davon profitieren: Die Datenbank bietet einen Überblick über den aktuellen Wissensstand und deckt dabei auch Wissenslücken auf, aus denen sich neue produktive Forschungsfragen ergeben.
- Berliner Wissenschaftspreis geht an Philipp AdelhelmDer Batterieforscher Prof. Dr. Philipp Adelhelm wird mit dem Berliner Wissenschaftspreis 2024 ausgezeichnet. Er ist Professor am Institut für Chemie der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und leitet eine gemeinsame Forschungsgruppe der HU und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB). Der Materialwissenschaftler und Elektrochemiker forscht zur Entwicklung nachhaltiger Batterien, die eine Schlüsselrolle für das Gelingen der Energiewende spielen. International zählt er zu den führenden Expert*innen auf dem Gebiet der Natrium-Ionen-Batterien.
- Schriftrollen aus buddhistischem Schrein an BESSY II virtuell entrolltIn der mongolischen Sammlung des Ethnologischen Museums der Staatlichen Museen zu Berlin befindet sich ein einzigartiger Gungervaa-Schrein. Der Schrein enthält auch drei kleine Röllchen aus eng gewickelten langen Streifen, die in Seide gewickelt und verklebt sind. Ein Team am HZB konnte die Schrift auf den Streifen teilweise sichtbar machen, ohne die Röllchen durch Aufwickeln zu beschädigen. Mit 3D-Röntgentomographie erstellten sie eine Datenkopie des Röllchens und verwendeten im Anschluss ein mathematisches Verfahren, um den Streifen virtuell zu entrollen. Das Verfahren wird auch in der Batterieforschung angewandt.
- Langzeittest zeigt: Effizienz von Perowskit-Zellen schwankt mit der JahreszeitAuf dem Dach eines Forschungsgebäudes am Campus Adlershof läuft ein einzigartiger Langzeitversuch: Die unterschiedlichsten Solarzellen sind dort über Jahre Wind und Wetter ausgesetzt und werden dabei vermessen. Darunter sind auch Perowskit-Solarzellen. Sie zeichnen sich durch hohe Effizienz zu geringen Herstellungskosten aus. Das Team um Dr. Carolin Ulbrich und Dr. Mark Khenkin hat Messdaten aus vier Jahren ausgewertet und in der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials vorgestellt. Dies ist die bislang längste Messreihe zu Perowskit-Zellen im Außeneinsatz. Eine Erkenntnis: Standard-Perowskit-Solarzellen funktionieren während der Sommersaison auch über mehrere Jahre sehr gut, lassen jedoch in der dunkleren Jahreszeit etwas nach. Die Arbeit ist ein wichtiger Beitrag, um das Verhalten von Perowskit-Solarzellen unter realen Bedingungen zu verstehen.