Ein Wiki für die Perowskit-Solarzellenforschung
Aus mehr als 15 000 Fachveröffentlichungen hat ein internationales Expertenteam Daten zu Metallhalogenid-Perowskit-Solarzellen gesammelt und eine Datenbank dafür entwickelt. Die Datenbank mit ihren Visualisierungsoptionen und Analysetools ist Open Source und soll den Überblick über rasch anwachsenden Wissensstand sowie die offenen Fragen in dieser spannenden Materialklasse ermöglichen. Die Studie wurde von der HZB-Wissenschaftlerin Dr. Eva Unger initiiert und von Ihrem Postdoc Jesper Jacobsson umgesetzt und koordiniert.
Halogenid-Perowskite haben riesiges Potential für Solarzellen und andere optoelektronische Anwendungen. Solarzellen auf Basis von metallorganischen Perowskiten erreichen Wirkungsgrade von über 25 Prozent, sie lassen sich preisgünstig und mit minimalem Energieaufwand herstellen, aber haben noch Entwicklungsbedarf in Bezug auf Stabilität und Zuverlässigkeit. In den letzten Jahren boomt die Forschung an dieser Materialklasse und produziert eine Flut an Ergebnissen, die auf traditionellem Weg kaum noch zu überblicken ist. Unter dem Stichwort „perovskite solar“ waren im Web of Science bereits über 19 000 Veröffentlichungen eingetragen (Frühjahr 2021).
Daten nach FAIR-Prinzipien
Nun haben 95 Expertinnen und Experten aus mehr als 30 internationalen Forschungseinrichtungen eine Datenbank konzipiert, um Erkenntnisse zu Perowskit-Halbleitern systematisch zu erfassen. Die Daten sind nach den FAIR-Prinzipien aufbereitet, sind also leicht auffindbar (Findable), zugänglich (Accessible), interoperabel (Interoperable) und wiederverwendbar (Re-usable). Durch Lesen der vorhandenen Literatur haben sie über 42 000 individuelle Datensätze zusammengeführt, in denen sich die Daten nach verschiedenen Kriterien wie Materialkompositionen oder Bauteiltyp filtern und darstellen lassen. An dieser Herkules-Aufgabe waren Forschende aus mehreren Teams am HZB beteiligt.
Neue Einblicke durch KI-gestützte Analysen
„Daten waren schon immer die Grundlage der empirischen Wissenschaft, aber wenn Daten in ausreichend großen Mengen und auf zusammenhängende Weise gesammelt werden, dann lassen sie sich mit modernen Algorithmen und künstlicher Intelligenz durchsuchen und können völlig neue Einsichten ermöglichen“, sagt Jesper Jacobsson, Koordinator dieses Projekts.
Einfach: Hochladen neuer Resultate
Die Datenbank stellt Analysewerkzeuge und grafische Datenvisualisierungen bereit, die eine einfache und interaktive Erkundung ermöglichen und bietet auch die Option, unkompliziert neue Daten aus neuen geprüften Fachpublikationen hochzuladen. „Es ist ein Wiki für die Perowskit-Solarzellenforschung“, sagt Eva Unger und setzt auf die Mitwirkung der Forschungsgemeinschaft: „Diese Art von Forschungsdatenplattformen bietet uns zukünftig die Möglichkeit, unsere Forschungsdaten nach FAIR-Prinzipien zusätzlich zu etablierten Publikationsformaten öffentlich zu machen.“
Nicht nur die Wissenschaft, auch die Industrie wird davon profitieren: Die Datenbank bietet einen Überblick über den aktuellen Wissensstand und deckt dabei auch Wissenslücken auf, aus denen sich neue produktive Forschungsfragen ergeben.
- Imaging-Ellipsometrie für die Prozesskontrolle in DünnschichtbauelementenEin deutsch-israelisches Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Andreas Furchner hat gezeigt, wie Imaging-Ellipsometrie die zerstörungsfreie Charakterisierung und Qualitätskontrolle mikrostrukturierter MXene-Dünnschichten während der Bauelementherstellung ermöglicht. Die Autoren nutzten zwei komplementäre ellipsometrische Ansätze für einen präzisen, skalenübergreifenden Zugang zu Materialeigenschaften. Die Arbeit etabliert Imaging-Ellipsometrie als leistungsfähige Methode zur Überwachung von Schichthomogenität, Bauelementintegrität und Funktionalität entlang des Herstellungsprozesses, einschließlich lithografischer Schritte. Die Studie wurde in Applied Physics Letters veröffentlicht und als „Editor’s Pick“ ausgewählt.
- Kühlung von Impfstoffen im ländlichen Kenia: Solarlösung ausgezeichnetIm Mai ist Tabitha Awuor Amollo zu Gast am HZB und analysiert Perowskit-Solarzellen an BESSY II. Die kenianische Physikerin von der Egerton University in Nairobi wurde kürzlich für ihre Leistungen in Forschung und Lehre mit einem außerordentlichen Preis gewürdigt. Für die Entwicklung eines solarbetriebenen Kühlsystems, das in ländlichen Gesundheitszentren eingesetzt werden kann, erhielt sie den „2026 Organization for Women in Science for the Developing World (OWSD)–Elsevier Foundation Award“. Im Interview mit Antonia Rötger spricht sie über dieses außergewöhnliche Projekt, aber auch über die Schwierigkeiten, ein Labor am Laufen zu halten.
- BESSY II: Eingebauter Sauerstoff verkürzt die Lebensdauer von FeststoffbatterienFeststoffbatterien sind sicher und leistungstark, aber ihre Kapazität nimmt zurzeit noch rasch ab. Ein Team der TU Wien, der Humboldt-Universität zu Berlin und des HZB hat nun eine TiS₂|Li₃YCl₆-Halbzelle an BESSY II analysiert. Dafür nutzte das Team eine spezielle Probenumgebung, die eine zerstörungsfreie Untersuchung unter realen Betriebsbedingungen ermöglicht. Durch die Kombination von Weich- und Hart-Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS und HAXPES) konnte ein neuer Degradationsmechanismus identifiziert werden. Dabei spielte das Element Sauerstoff eine besondere Rolle. Die Studie liefert wertvolle Einblicke, um Design und Fertigung von Feststoffbatterien zu verbessern.