Verständnis von Multi-Exzitonen Prozessen und Ladungsextraktion in vollständig anorganischen nanostrukturierten Solarzellen mittels ab initio Simulationen

• Antragsteller: Dr. Stefan Martin Wippermann
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 211374683

Dieser Projektvorschlag untersucht ein neues Paradigma zur Gewinnung solarer Energie:1. ein hoch effizienter Multi-Exzitonen Generations (MEG) Ansatz2. die entsprechende Herausforderung der Ladungsextraktion3. in vollständig anorganischen nanostrukturierten SolarzellenMEG wurde kürzlich in Nanopartikeln (NP) beobachtet und unterliegt nicht dem 31% Wirkungsgrad-Limit. Unter Verwendung von Dichtefunktional-Theorie basierten Methoden werden systematisch die MEG- und Ladungsextraktionsprozesse in Si und Ge NP-basierten Solar-Zellen untersucht, mit besonderem Augenmerk auf NP-Oberflächeneffekte und Ladungstransport. Der Antragsteller möchte folgende Fragen beantworten:1. Konkurrierende MEG TheorienDerzeit existieren drei konkurrierende Theorien zur Erklärung der im Vergleich zum Volumenwert erheblich verstärkten MEG in NPs. Welche ist korrekt? Die Berechnung von NP Spektren unter Einbezug von Exziton-Exziton Wechselwirkung innerhalb dieser drei Theoriegebäude ermöglicht einen direkten Vergleich mit experimentellen Studien und erlaubt Rückschlüsse auf die korrekte MEG-Theorie.2. NP-OberflächenInwiefern beeinflussen die NP-Oberflächenrekonstruktion und -Passivierung die elektronische Struktur und Spektren der NPs, sowie den Ladungstransport? Wie muss die Passivierung gewählt werden um die konkurrierenden Designziele der für die MEG erforderlichen Erhaltung des Quanteneinschlusses sowie die hinreichende Kopplung zur Ladungsextraktion zu optimieren?3. NP-NP KopplungIn realistischen Solarzell-Architekturen befinden sich die NPs nahe bei einander. Inwiefern beeinflusst die elektronische Kopplung der NPs die Spektren? Welchen Einfluss hat der NP-NP Abstand auf die Ladungsextration?Idealerweise führt dieses Projekt nicht nur zu einem gründlichen Verständnis des MEG-Prozesses in Nanopartikeln, sondern erlaubt auch qualitative Vorhersagen wie die Effizienz von MEG und Ladungsextraktion in realistischen Solarzell-Architekturen zu optimieren sind.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Giulia Galli, Ph.D.