Kontrollierte Kristallisation der Methylammoniumhalogenidschicht in Dünnfilm-Perowskit-Solarzelle

• Antragsteller: Dr. Christian Weinberger
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322532324

Zur Leistungssteigerung in Perowskit-Solarzellen bedarf es einer besseren Kontrolle der Kristallisation der Perowskitschicht. Dies soll durch folgende Aspekte realisiert werden:1. Design der Gerüststruktur:Derzeit basieren die meisten porösen Gerüststrukturen, die für die Herstellung von strukturierten Schichten zur solaren Energieumwandlung verwendet werden, auf vernetzten, granularen Partikeln, die die Steuerung der Porosität der erzeugten Schichten limitieren. Die Größe der interpartikulären Hohlräume (Poren) in partikelbasierten Filmen ist im Allgemeinen ziemlich klein und zeigt eine breite Verteilung. Um die Porengröße zu erhöhen ist es erforderlich, größere Partikel zu verwenden die zugleich die Effizienz verringern. Geordnet-mesoporöse Strukturen weisen den Vorteil größerer Poren bei konstanter Wandstärke auf. Eine zunehmende Porengröße ermöglicht größere Perowskit-Kristalle mit weniger Kontaktwiederständen an denen Rekombinationen der Ladungsträger auftreten können. In dem Projekt sollen Porengrößen zwischen 5 nm und 100 nm realisiert werden. Der Vorteil eines solchen nanoporösen Gerüsts liegt in der engen Porengrößenverteilung gegenüber partikelbasierten porösen Schichten.2. Einfluss der Kristallisation und der Kristallitgröße auf die Leistungsfähigkeit der Solarzelle:Die Deposition einer einheitlichen Perowskit enthaltenden Schicht ist eine der Herausforderungen bei der Präparation von effizienten und reproduzierbaren Perowskit-Solarzellen. Eine nanoporöse Gerüststruktur ermöglicht eine bessere Kontrolle über den Kristallisationsprozess des Perowskiten gegenüber unstrukturierten Systemen.3. Ladungstransport und Rekombination in Perowskit-Solarzellen:Das Verständnis von Ladungstransport und -rekombination in Perowskit-Solarzellen ist ein fundamentaler Bestandteil bei der Entwicklung von hocheffizienten Systemen. Aufschluss darüber könnte dabei die Kristallitgröße der Perowskitschicht oder die Implementierung von neuartigen ladungsselektiven Kontakten bringen. Durch systematische Variationen der Bandstruktur sollen Ladungsträgerrekombination minimiert und die Leistungsfähigkeit der Solarzelle erhöht werden. Dafür ist es notwendig die Driftlänge und Ladungsträgermobilität innerhalb der Zelle zu bestimmen. Diese Parameter können durch Ladungsextraktion mittels CELIV-Messungen (charge carrier extraction by linearly increasing voltage) ermittelt werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Finnland
• Gastgeber: Dr. Jan-Henrik Smått; Professor Dr. Ronald Österbacka