21.05.2019, 11:39 Uhr

Fortschritte bei rein anorganischen Perowskit-Solarzellen

Berlin - Weltweit forschen Teams mit Hochdruck an der Entwicklung von Perowskit-Solarzellen. Bisher lag der Schwerpunkt auf Hybrid-Perowskiten. Doch jetzt gelingen Forschern aus Berlin Fortschritte bei rein anorganischen Perowskit-Solarzellen.

Rein anorganische Perowskite sind im Unterschied zu hybriden metallorganischen Perowskiten thermisch stabiler. Ein neues Verfahren ermöglicht die Herstellung von anorganischen Perowskit-Dünnschichten bei moderaten Temperaturen.

Was hybride Perowskite von rein anorganischen Perowskiten unterscheidet

Die Kristallstruktur metallorganischer Hybrid-Perowskite setzt sich aus anorganischen Elementen wie Blei und Iod als auch aus einem organischen Molekül zusammensetzt. Im Unterschied dazu besitzen vollständig anorganische Perowskit-Halbleiter wie CsPbI3 zwar die gleiche kristalline Architektur wie hybride Perowskite, beinhalten aber statt eines organischen Moleküls ein Alkali-Metall wie Cäsium. Dadurch sind sie deutlich stabiler als Hybrid-Perowskite. Leider sind bei dem üblichen Herstellungs-Schritt sehr hoher Temperatur von mehreren Hunderten Grad Celsius notwendig. Aus diesem Grund lassen sich anorganische Perowskit-Halbleiter bisher nur schwer in Dünnschicht-Solarzellen integrieren, die hohe Temperaturen nicht vertragen.

Anorganische Perowskit-Halbleiter bei moderaten Temperaturen - Innovative Materialkombination

Nun ist es einem Team um Dr. Thomas Unold vom Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und energie gelungen, anorganische Perowskit-Halbleiter bei moderaten Temperaturen herzustellen, sodass sie künftig auch in verschiedenen Dünnschicht-Zellen genutzt werden könnten. Dafür entwarfen die Physiker ein innovatives Experiment, mit dem sie viele Materialkombinationen innerhalb einer einzigen Probe synthetisieren und analysieren konnten. Durch Ko-Verdampfung von Cäsiumiodid und Bleiiodid stellten sie dünne Schichten aus CsPbI3 her, wobei sie systematisch die Überschüsse der Elemente in der Atmosphäre variierten. Die Substrat-Temperatur lag dabei unter 60 Grad Celsius.

„Durch einen solchen kombinatorischen Forschungsansatz können optimale Herstellungsparameter für neue Materialsysteme viel schneller gefunden werden als in der herkömmlichen Herangehensweise, bei der für 100 Zusammensetzungen typischerweise 100 Proben hergestellt werden müssen“, erklärt Unold. Durch sorgfältige Analysen während der Synthese und der anschließenden Messungen der optoelektronischen Eigenschaften konnten sie ermitteln, wie sich die Zusammensetzung der Dünnschicht auf die Materialeigenschaften auswirkt.

Anorganische Perowskit-Solarzellen mit 12 Prozent Wirkungsgrad

In Zusammenarbeit mit der Nachwuchsgruppe von Prof. Steve Albrecht am HZB wurden mithilfe dieser optimierten CsPbI3-Schichten Perowskit-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von mehr als 12 % und einer Stabilität von mehr als 1200 Stunden demonstriert. “Wir haben gezeigt, dass sich auch anorganische Perowskit-Absorber für den Einsatz in Dünnschicht-Solarzellen eignen könnten, wenn man sie entsprechend herstellen kann. Wir gehen gegenwärtig davon aus, dass sich solche Bauelemente noch sehr stark optimieren lassen“, sagt Unold.

Quelle: IWR Online

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