Rekord-Solarzellen in HyPerCells Graduiertenschule
Labortour am HZB-Institut für Siliziumphotovoltaik, anlässlich des HyPerCells Forschungskolloquiums im Mai 2017.
© HZB
Die aktive Perowskit-Schicht war nur 350 nm dick. Sie ist in organische Schichten aus dem Fulleren C60 und dem Polymer PTAA eingebettet. © HZB/Uni Potsdam
Stromdichte-Spannungskurve einer Perowskit-Solarzelle mit einer Effizienz von 21.4 %. Daten: Martin Stolterfoht und Christian Wolff, Universität Potsdam.
Erst vor zwei Jahren haben die Universität Potsdam und das Helmholtz-Zentrum Berlin die Graduiertenschule HyPerCells mit dem Forschungsschwerpunkt Perowskite gegründet. Nun haben Gruppen im Rahmen der Graduiertenschule Perowskit-Solarzellen mit Rekord-Effizienzen von über 20 Prozent hergestellt. Damit ist die Graduiertenschule in Deutschland absoluter Spitzenreiter und im internationalen Vergleich (ganz) vorne mit dabei.
Hybride Perowskite zählen zu den vielversprechendsten Halbleitermaterialien für neuartige Dünnschichtsolarzellen. Hohe Absorptionskoeffizienten und eine über einen weiten Bereich einstellbare optische Bandlücke machen diese Materialklasse einzigartig. Besonders attraktiv ist dabei die Kombination einer Perowskit-Zelle mit klassischen Halbleitermaterialien wie beispielsweise Silizium in hocheffizienten Tandem-Solarzellen.
Vor diesem Hintergrund wurde vor zwei Jahren die Graduiertenschule HyPerCells gegründet, gemeinschaftlich organisiert durch die Universität Potsdam und das Helmholtz-Zentrum Berlin. In HyPerCells forschen derzeit 15 Doktorandinnen und Doktoranden aus Fachgebieten wie Chemie, Physik, Elektrotechnik und Kristallographie an dem Verständnis und der Weiterentwicklung von Materialien und Zellstrukturen. Erst kürzlich haben sich drei am HZB beheimate Nachwuchsgruppen der Schule angeschlossen. Diese Erweiterung ermöglicht es der Schule, auch anwendungsrelevante Aspekte dieser brisanten Materialklasse im Detail zu verstehen. Wichtige Forschungsthemen der Nachwuchsgruppen geleitet von Steve Albrecht, Eva Unger und Antonio Abate sind die Entwicklung neuer Schichtstrukturen für Tandem-Solarzellen, die Herstellung großflächiger Zellen mittels Drucktechnologien und die Untersuchung von Degradationsmechanismen.
Und das Konzept geht auf. In den letzten Monaten ist es gelungen, Perowskit-Solarzellen mit Rekord-Effizienzen von über 20 Prozent zu realisieren. Das ist ein Spitzenwert für sogenannte „invertierte“ Perowskit-Solarzellen bei Verwendung undotierter Kontaktschichten. Damit ist die Graduiertenschule in Deutschland absoluter Spitzenreiter und im internationalen Vergleich (ganz) vorne mit dabei. Wesentlich für diese Erfolge war ein detailliertes Verständnis der relevanten physikalischen und chemischen Prozesse in diesen Solarzellen. Dieses und weitere wichtige Ergebnisse dieses neuen Photovoltaikmaterials wurden jüngst in hochrangigen Journalen wie Advanced Materials, Energy & Environmental Science, ACS Applied Materials and Interfaces, und Advanced Optical Materials veröffentlicht. Auch auf nationalen und internationalen Konferenzen sind Studenten der Graduiertenschule zunehmend präsent.
Weitere Informationen: www.perovskites.de/
- BESSY II: Phosphorketten – ein 1D-Material mit 1D elektronischen EigenschaftenErstmals ist es einem Team an BESSY II gelungen, experimentell eindimensionale elektronische Eigenschaften in einem Material nachzuweisen. Die Proben bestanden aus kurzen Ketten aus Phosphoratomen, die sich auf einem Silbersubstrat selbst organisiert in bestimmten Winkeln bilden. Durch eine raffinierte Auswertung gelang es, die Beiträge von unterschiedlich ausgerichteten Ketten voneinander zu trennen und zu zeigen, dass die elektronischen Eigenschaften tatsächlich einen eindimensionalen Charakter besitzen. Berechnungen zeigten darüber hinaus, dass ein spannender Phasenübergang zu erwarten ist. Während das Material aus einzelnen Ketten halbleitend ist, wäre eine sehr dichte Kettenstruktur metallisch.
- Ein innerer Kompass für Meereslebewesen im PaläozänVor Jahrmillionen produzierten einige Meeresorganismen mysteriöse Magnetpartikel von ungewöhnlicher Größe, die heute als Fossilien in Sedimenten zu finden sind. Nun ist es einem internationalen Team gelungen, die magnetischen Domänen auf einem dieser „Riesenmagnetfossilien” mit einer raffinierten Methode an der Diamond-Röntgenquelle zu kartieren. Ihre Analyse zeigt, dass diese Partikel es den Organismen ermöglicht haben könnten, winzige Schwankungen sowohl in der Richtung als auch in der Intensität des Erdmagnetfelds wahrzunehmen. Dadurch konnten sie sich verorten und über den Ozean navigieren. Die neue Methode eignet sich auch, um zu testen, ob bestimmte Eisenoxidpartikel in Marsproben tatsächlich biogenen Ursprungs sind.
- Was vibrierende Moleküle über die Zellbiologie verratenMit Infrarot-Vibrationsspektroskopie an BESSY II lassen sich hochaufgelöste Karten von Molekülen in lebenden Zellen und Zellorganellen in ihrer natürlichen wässrigen Umgebung erstellen, zeigt eine neue Studie von einem Team aus HZB und Humboldt-Universität zu Berlin. Die Nano-IR-Spektroskopie mit SNOM an der IRIS-Beamline eignet sich, um winzige biologische Proben zu untersuchen und Infrarotbilder der Molekülschwingungen mit Nanometer-Auflösung zu erzeugen. Es ist sogar möglich, 3D-Informationen, also Infrarot-Tomogramme, aufzuzeichnen. Um das Verfahren zu testen, hat das Team Fibroblasten auf einer hochtransparenten SiC-Membran gezüchtet und in vivo untersucht. Die Methode ermöglicht neue Einblicke in die Zellbiologie.