Perowskit-Solarzellen: Defekte fangen Ladungsträger ein - und geben sie wieder frei
Fünf verschiedene Arten von Defekten in MAPI-Perowskiten wurden untersucht und charakterisiert. Das Ergebnis: ein großer Teil der Defekte hält die Ladungsträger nicht lange fest.
© HZB
Ein Team am HZB und der Charles Universität in Prag hat untersucht, wie in den so genannten MAPI-Perowskit-Halbleitern Ladungsträger mit unterschiedlichen Defekten wechselwirken. Die Studie zeigt, dass ein großer Teil der Defekte eingefangene Ladungsträger schnell wieder freigibt. Die Ergebnisse können dazu beitragen, die Eigenschaften von Perowskit-Solarzellen weiter zu verbessern.
Zu den spannendsten Materialien für Solarzellen gehören die sogenannten MAPI-Halbleiter. Sie bestehen aus organischen Methylammonium-Kationen und Bleijodid-Oktaedern, die eine Perowskitstruktur bilden. MAPI-basierte Solarzellen haben innerhalb weniger Jahre Wirkungsgrade von 25 Prozent erreicht. Bislang altern die halborganischen Halbleiter jedoch noch schnell.
Nun hat ein internationales Team am HZB, CNRS, Frankreich und der Charles Universität Prag, Tschechien, erstmals fünf verschiedene Defekttypen in MAPI-Perowskiten genau charakterisiert und die Wechselwirkung zwischen diesen Defekten und den Ladungsträgern gemessen. Mit einer Kombination aus hochempfindlichen Spektroskopiemethoden gelang es ihnen, Konzentration, Energie, Einfangquerschnitt und Ladungseinfangzeit der verschiedenen Defekte experimentell zu bestimmen und eine Karte der Defekte zu erstellen. Durch die Verwendung von elektrischen Pulsen stellten sie sicher, dass die Messungen die Qualität des Materials nicht beeinträchtigten.
Die Messergebnisse ermöglichen die zuverlässige Unterscheidung zwischen Elektronen- und Löchertransport und die Bestimmung ihrer wichtigsten Parameter: Mobilitäten, Lebensdauern und Diffusionslängen. „Damit gibt diese Arbeit Antworten auf Fragen, die schon lange Zeit im Bereich der Perowskit-Solarzellen diskutiert wurden“, sagt Dr. Artem Musiienko, Erstautor der Publikation und Postdoc am HZB.
Eine wichtige Erkenntnis: Ein großer Teil der Defekte gibt die eingefangenen Ladungsträger nach kurzer Zeit wieder frei. „Das könnte eine Erklärung für die besonders hohen Wirkungsgrade der MAPI-Perowskite sein", sagt Musiienko. Diese Ergebnisse ebnen den Weg, MAPI-Perowskite hinsichtlich der Defektkonzentration zu optimieren, um hohe Wirkungsgrade mit guter Stabilität zu kombinieren.
- KI-gestützte Katalysatorforschung: 30 Millionen Euro Förderung für deutsches KonsortiumSechs Partner aus Forschung und Industrie – darunter das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), das Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft (FHI), BASF, Dunia Innovations, Siemens Energy und die Technische Universität Berlin – starten ein gemeinsames Projekt, um die Katalysatorforschung zu beschleunigen. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert das Projekt ASCEND (Accelerated Solutions for Catalysis using Emerging Nanotechnology and Digital Innovation) mit 30 Millionen Euro. Die Forschungsinitiative trägt dazu bei, energieintensive Industrien nachhaltiger zu gestalten. Dabei soll die industrielle Wettbewerbsfähigkeit, vor allem im Chemiesektor, erhalten bleiben. Das Projekt hat eine Laufzeit von fünf Jahren und startet am 1. April 2026.
- Berlin Battery Lab: BAM, HZB und HU forschen gemeinsam an Natrium-BatterienDie Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und die Humboldt-Universität zu Berlin (HU) haben heute das Berlin Battery Lab (BBL) offiziell eingeweiht. In der neuen Forschungsplattform entwickeln und testen BAM, HZB und HU gemeinsam rohstoffschonende Batterietechnologien mit einem Fokus auf Natrium-Akkus. Gemeinsam werden neue Materialien konzipiert, innovative Zellchemien erforscht und Batterieprototypen gefertigt. Die Forschungsinfrastruktur des Berlin Battery Lab steht auch externen Partner*innen aus Wissenschaft und Industrie offen und soll den Weg von der Forschung in die Anwendung verkürzen.
- Humboldt-Fellow am HZB: Kayode Adesina AdegokeKayode Adesina Adegoke forscht als Chemiker in der LAUTECH SDG 11 (Forschungsgruppe „Nachhaltige Städte und Gemeinden“) am Institut für Chemie der Ladoke Akintola University of Technology in Ogbomoso, Nigeria. Am HZB wird er mit Matthew Mayer die Degradation von Elektrokatalysatoren während der elektrochemischen CO₂-Reduktion untersuchen. Das Alexander-von-Humboldt-Stipendium ermöglicht ihm einen zweijährigen Forschungsaufenthalt am HZB.