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Projekt
Eigenschaften von Protonen- und Lichtinduzierten Defekten in Bleihalogenid-Perowskiten
Antragsteller
Professor Dr. Jan Behrends; Professor Dr. Norbert Nickel
Fachliche Zuordnung
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung von 2019 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424708989
Da sich die Rekordwirkungsgrade von Perowskit-basierten Einzel- und Perowskit / Silizium-Tandem-Solarzellen denen konventioneller Silizium-Solarzellen annähern, wird ihre Stabilität zum wichtigsten Thema. Obwohl die Forschung zur Stabilisierung von hybriden Perowskit-basierten Solarzellen fortschreitet, sind strahleninduzierte Defektzustände noch nicht ausreichend untersucht. Im Betrieb ist jede Solarzelle dem UV / VIS- und NIR-Teil des elektromagnetischen Spektrums ausgesetzt. Insbesondere der hochenergetische Teil des Spektrums führt zur Bildung von Störstellen, die als nichtstrahlende Rekombinationszentren wirken. Spektroskopische Methoden, die diesen Teil des elektromagnetischen Spektrums verwenden liefern daher unzuverlässige Ergebnisse.Dieser Projektvorschlag zielt auf ein grundlegendes Verständnis strahleninduzierter lokaler Defekte ab. Lokalisierte Defekte sollen auf kontrollierte Weise erzeugt werden, wobei sowohl Licht als auch hochenergetische Protonenbestrahlung Verwendung finden wird. Hochenergetische Protonen sind eine ideale Wahl für Defekterzeugungsversuche, da sie Defekte durch Dissoziation von Bindungen in den organischen Kationen und durch Herauslösen einzelner Atome aus dem Gitterverband erzeugen können. Defekte, die durch Licht- und Protonenbestrahlung entstehen, sollen bezüglich ihrer elektronischen, strukturellen und optischen Eigenschaften und deren Auswirkungen auf den Ladungstransport charakterisiert werden. Zu diesem Zweck wird eine einzigartige Kombination von Elektronen-Paramagnetischer Resonanz (EPR), Schwingungsspektroskopie (Ramanstreuung, Infrarotspektroskopie) und Oberflächen-Photospannungs-Spektroskopie eingesetzt. Um die Art der Defekte zu identifizieren, werden wir nicht dem Konzept des „Compositional Engineering“ folgen, das für hocheffiziente Solarzellen weit verbreitet ist. Stattdessen werden die Untersuchungen mit einem der einfachsten Perowskite beginnen: CH3NH3PbI3. Darauf folgend werden die Halogenidanionen sowie die organischen Kationen einzeln ausgetauscht. Zusätzlich werden Isotope von Blei, Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff in die Perowskite eingebaut, um anhand von Isotopeneffekten die mikroskopische Struktur lokalisierter Zustände und Defektkomplexe aufzuklären. Mit unserem Ansatz wollen wir ein fundiertes Verständnis der Entstehung und der Natur der strahlungsinduzierten Defektzustände erlangen. Dies ist ein wichtiger Schritt zur Legung der Grundlagen für die Entwicklung stabiler hybrider Perowskite.
DFG-Verfahren
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