Perowskite für Solarzellen

Das Institut Silizium-Photovoltaik beschäftigt sich mit der Entwicklung von stabilen und effizienten Tandemsolarzellen aus kristallinem Silizium und Perowskiten. In diesem Zusammenhang liegen unsere Forschungsschwerpunkte auf den folgenden Feldern:

Hybride organisch-anorganische Metall-Halogenid Perowskite stellen eine Materialklasse mit der Stöchiometrie ABX3 dar, wobei A, B und X für ein organisches Kation der Ladung +1, z.B. CH3NH3+ (Methylamin), ein inorganisches Kation mit Ladung +2, z.B. Pb2+, beziehungsweise ein Halogenid mit der Ladung -1, i.d.R. I-, Br- oder Cl-, stehen. Metall-Halogenid Perowskite sind Halbleiter in denen die Bandlücke in einem weiten Bereich durch Variation der Zusammensetzung eingestellt werden kann. Valenz- und Leitungsband der Metall-Halogenid Perowskite werden durch Zustände innerhalb der BX6 Oktaeder gebildet, bei denen die X-Ecken mit benachbarten Oktaedern im Perowskit-Kristall geteilt werden. Die Struktur des Perowskit-Kristalls und die Ladungen werden durch die organischen Kationen stabilisiert.


Effizienzen von Solarzellen auf Basis von Metall-Halogenid Perowskiten überschreiten 20%. Die Einstellbarkeit der Bandlücke und die Tatsache, dass Metall-Halogenid Perowskite bei niedrigen Temperaturen aus Salzlösungen hergestellt werden können, Machen Solarzellen auf Basis von Metall-Halogenid Perowskite sehr interessant für die Nutzung als Topzellen in Tandemarchitekturen mit Bottomzellen aus kristallinem Silizium. Es wird erwartet, daß die Effizienz von Solarmodulen durch diese Kombination stark gesteigert werden kann. Für diesen Zweck müssen die Stabilität des Materials, die Ladungstrennung an Grenzflächen und die Effizienz von Solarzellen auf Basis von Metall-Halogenid Perowskiten gesteigert und im Detail verstanden werden. Ein tieferes Verständnis der Defektentstehung ist notwendig, um die Synthese von Metall-Halogenid Perowskiten mit hoher Stabilität und hoher Energiewandlungseffizienz zu ermöglichen.

Unser Institut bietet eine breite technologische Plattform für die Herstellung von Solarzellen auf der Basis von Metall-Halogenid Perowskiten. Diese Plattform (zum Großteil organisiert über das Innovation Lab Hysprint) beinhaltet die Synthese von Metall-Halogenid Perowskiten aus der Lösung oder über Verdampfungsprozesse sowie einer Vielzahl von organischen und anorganischen Schichten und Schichtsystemen für ladungsselektive und ohmsche Kontakte. Analytische Methoden können für die Charakterisierung von Solarzellen, der Struktur von Materialien, chemischen Bindungen sowie optischen und optoelektronischen Eigenschaften von Metall-Halogenid Perowskiten und Grenzfläcehn verwendet werden. Spezielle Analysen könne beispielsweise mittels Photolumineszenz, Raman- oder Infrarotspektroskopie, Spektralellipsometrie, Effusion oder transienter Methoden der Oberflächenphotospannung durchgeführt werden.

In dieser Plattform arbeiten neben unserem Institut die folgenden Nachwuchsgruppen: