Effizientes Reverse Design von grünen Lösungsmitteln für neuartige, aus Lösung prozessierte Photovoltaik-Technologien

• Antragsteller: Dr. Uli Würfel, seit 11/2024
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 490951566

Im Kontext einer schnell wachsenden Nachfrage nach erneuerbarer elektrischer Energie befasst sich das Projekt GreenPHOTOSOLV mit den aktuellen Entwicklungsherausforderungen von gedruckten Photovoltaiktechnologien durch die neuartige Anwendung eines systemischen Ansatzes, der auf Reverse Engineering basiert. Das Projekt befasst sich mit zwei wichtigen Problemen bei lösungsgefertigten Photovoltaik-Technologien, nämlich dem begrenzten Verständnis der Rolle von Lösungsmitteln auf den Wirkungsgrad und der Notwendigkeit, die erheblichen Auswirkungen von Lösungsmitteln auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu reduzieren. Organische und Perowskit-Photovoltaik haben das Potenzial, in großem Maßstab mit niedrigen Produktionskosten hergestellt zu werden, aber der technologische Reifeprozess wird durch die ungünstigen Indikatoren der derzeit verwendeten, meist toxischen Lösungsmittel verlangsamt. Die Auswahl von Lösemitteln mit geringeren Auswirkungen auf Umwelt, Gesundheit und Sicherheit erfolgt derzeit jedoch empirisch, hauptsächlich auf der Grundlage von angesammeltem experimentellem Wissen, mit begrenzter Effektivität. Das derzeitige unvollständige Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Lösemittel und Absorbermaterial ist teilweise für diese Einschränkung verantwortlich. Daher wird das Projekt durch die Implementierung einer kompetenten computergestützten Moleküldesign-Methode, die auf einem besseren Verständnis der Wirkung des Lösungsmittels auf die Verarbeitung der Absorberschicht unter Verwendung von organischen und Perowskit-Absorbermaterialien basiert, ein rationaleres und effizienteres Design von grünen Substitutionslösungsmitteln auf biologischer Basis ermöglichen und dazu beitragen, die Erzeugung erneuerbarer elektrischer Energie umweltfreundlicher und kostengünstiger zu machen. Im Rahmen des Projekts werden experimentelle Methoden und Prozesse in allen Herstellungsschritten (chemische Synthese der Absorbermaterialien, Dünnschichtabscheidung und Solarzellenherstellung) optimiert und mit prädiktiven Eigenschaftsmodellen kombiniert, um neue grundlegende und explorative Erkenntnisse zu gewinnen. Um dieses Ziel zu erreichen, bringt das vorgeschlagene Konsortium komplementäre Kompetenzen aus den Bereichen Chemie, Ingenieurwesen, Materialwissenschaften und Physik zusammen. Insgesamt sollen die Ergebnisse des Projekts neue Konzepte liefern, die mit bestehenden Paradigmen brechen und bei der zukünftigen Energiewende mit verbesserten lösungsbasierten Solarzellen helfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Vincent Gerbaud; Professor Dr. Thomas Heiser; Professorin Dr. Ivonne Rodriguez-Donis
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Harald Hillebrecht, bis 11/2024 (†)