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Projekt
Perowskitsolarzellen mit Graphitelektroden: Hochentwickelte Grenzflächen für höchsten Wirkungsgrad und Stabilität (PeroGAIN)
Antragsteller
Professor Dr. Jan Christoph Goldschmidt; Professor Henry Snaith, Ph.D.; Dr. Uli Würfel
Fachliche Zuordnung
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506701742
Im Rahmen des PeroGAIN-Projekts werden die Grenzflächen und die damit verbundenen Verlustmechanismen in Perowskit-Solarzellen (PSC) auf der Grundlage von Kohlenstoff-Graphit-Elektroden untersucht. Dieser PSC-Typ hat bereits eine höhere Stabilität im Vergleich zu Solarzellen auf Metallelektrodenbasis gezeigt und bietet die Aussicht auf eine Herstellung vollständig gedruckter PV-Module unter Umgebungsbedingungen, was niedrigste Produktionskosten und einen sehr geringen CO2-Fußabdruck ermöglicht. Die höchste Stabilität von kohlenstoffbasierten Bauelementen wurde mit solchen Kohlenstoffpasten erreicht, die bei hohen Temperaturen (HT) gesintert werden müssen, was die Flexibilität bei der Prozessierung und der Zellarchitektur einschränkt. Durch den Einsatz von Niedertemperatur-Kohlenstoffpasten (LT-C) konnten höhere Wirkungsgrade bei der Energieumwandlung erreicht werden. Im Vergleich zu PSC mit Metallelektroden weisen diese Bauelemente jedoch immer noch einen erheblichen Wirkungsgradrückstand auf, und es wurden keine ähnlich hohen Stabilitätswerte wie bei den entsprechenden HT-C-Bauelementen erreicht. Gleichzeitig wurde bisher nur eine begrenzte Anzahl von Studien durchgeführt, die sich auf die Stabilität von LT-C PSC konzentrieren.PeroGAIN zielt darauf ab, das Verständnis der Grenzflächen in LT-C PSC im Hinblick auf Leistungsverluste und Degradationsmechanismen durch detaillierte Charakterisierung und Modellierung zu vertiefen und die Schlüsselfaktoren zu identifizieren, welche den Wirkungsgrad und die Stabilität der Solarzellen beeinträchtigen. Zu diesem Zweck werden einzelne Funktionsschichten, Schichtkombinationen und komplette Zellstapel im Hinblick auf ihre physikalischen Eigenschaften und die Grenzflächenbildung zwischen Perowskit, Kohlenstoffelektrode und angrenzenden Kontaktschichten analysiert. Darüber hinaus wird die Stabilität von LT-C PSC in relevanten beschleunigten Alterungstests und im Außenbetrieb untersucht. Die detaillierte optoelektronische Zellcharakterisierung, in Kombination mit numerischen Simulationen zur Reproduktion des experimentellen Verhaltens, wird zu einem besseren Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen Zusammenhänge an den Grenzflächen in kompletten Solarzellenstapeln führen und die Auswirkungen der nicht-idealen Kontaktbildung an der Absorber/Kohlenstoff-Grenzfläche aufklären.Aus den gewonnenen Erkenntnissen sollen Strategien abgeleitet werden, um das volle Potenzial von LT-C PSC zu erschließen. Dies wird die Modifizierung der Grenzfläche durch Passivierung, Dotierung oder Einführung zusätzlicher ladungsselektiver Schichten und die Bewertung ihrer Auswirkungen auf die Effizienz und Stabilität der Bauelemente ermöglichen. Auf diese Weise können die oben erwähnten Verluste verringert werden, was zu stabilen Solarzellen mit Wirkungsgraden führt, welche die Lücke zu PSC auf Metallelektrodenbasis schließen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug
Großbritannien
Mitverantwortlich
Dr. Markus Kohlstädt
