Thomas Kirchartz
© Forschungszentrum Jülich/Ralf-Uwe Limbach

Neue Messtechnik entwickelt

Perowskit-Solarzellen besser verstehen

  • 26.01.2024

Hocheffizient und preiswert in der Herstellung – Perowskit-Solarzellen sorgten in den vergangenen Jahren immer wieder für Überraschungen. Wissenschaftler:innen des Forschungszentrums Jülich und der Universität Duisburg-Essen sind nun mithilfe einer neuen Photolumineszenz-Messtechnik auf eine weitere Besonderheit gestoßen, die wohlmöglich ein wesentlicher Grund für den hohen Wirkungsgrad ist. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Materials vorgestellt.

Mit Perowskit-Solarzellen sind große Hoffnungen für die Photovoltaik verbunden, auch wenn ihre Stabilität noch zu wünschen übriglässt. Zellen dieses Typs sind kostengünstig druckbar sowie erstaunlich effizient. Im vergangenen Jahrzehnt konnte ihr Wirkungsgrad auf über 25 Prozent verdoppelt werden und liegt damit aktuell bereits auf dem Niveau klassischer Solarzellen aus Silizium. Weitere Verbesserungen in der Zukunft scheinen möglich.

„Ein wichtiger Faktor ist hierbei die Frage, wie lange angeregte Ladungsträger im Material erhalten bleiben“, erklärt Prof. Dr. Thomas Kirchartz. „Das Verständnis der Prozesse ist entscheidend, um den Wirkungsgrad von Solarzellen auf Perowskitbasis weiter zu verbessern.“ Der Elektrotechniker leitet am Institut für Energie- und Klimaforschung des FZ Jülich eine Arbeitsgruppe zu organischen und hybriden Solarzellen und hat an der UDE eine Professur im Fachgebiet Nanostrukturtechnik inne.

Eine neuartiger Photolumineszenz-Messungen zeigte nun, dass freie Ladungsträger in Perowskit-Solarzellen vermutlich in besonderer Weise vor dem Zerfall geschützt sind – anders als die klassischen Solarzellen. „Bis jetzt ging man davon aus, dass die Rekombination ganz überwiegend durch Defekte ausgelöst wird, die sich energetisch in der Mitte zwischen Valenz- und Leitungsband befinden. Denn diese sogenannten tiefen Defekte sind für angeregte Elektronen und ihr Gegenstück, die Löcher, ähnlich gut zugänglich“, so Kirchartz. Für die meisten Typen von Solarzellen sei das wohl auch korrekt. Für Perowskit-Solarzellen hat er dies nun aber gemeinsam mit seinem Team widerlegt und gezeigt, dass die flachen Defekte für den finalen Wirkungsgrad ausschlaggebend sind. Diese liegen anders als die tiefen Defekte nicht mitten in der der Bandlücke, sondern ganz in der Nähe des Valenz- oder Leitungsbands.

Weitere Informationen:
Hier geht es zur ausführlichen Pressemitteilung.

Prof. Dr. Thomas Kirchartz, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Tel. 0203/379-8183, t.kirchartz@fz-juelich.de

 

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