Lösungsprozessierbare Solarzellen mit einem ladungsträgerverarmten Heteroübergang aus Kupferindiumdisulfid- und Zinkoxid-Nanokristallen

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Parisi, seit 2/2016
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282657345

Solarzellen mit lösungsprozessierbaren Halbleiter-Nanokristallen sind eine an die organische Photovoltaik angelehnte Technologie, welche in den letzten Jahren rasante Fortschritte gemacht hat. Das derzeit vielversprechendste Konzept nutzt einen Heterokontakt zwischen p-leitenden Absorberpartikeln und einem n-leitenden Übergangsmetalloxid. In solch einer Heterostruktur bildet sich an der Grenzfläche eine Raumladungszone aus, und es stellt sich eine Bandverbiegung ein, welche die Trennung photogenerierter Elektron-Loch-Paare unterstützt. Unter Verwendung von Bleisulfid (PbS) und Titandioxid (TiO2) wurden in der Literatur bereits über 9% Energiewandlungseffizienz demonstriert. Ein entscheidender Nachteil des herkömmlichen Ansatzes ist jedoch, dass sich die internationale Forschung bislang auf hochgiftige Bleiverbindungshalbleiter als Absorber konzentriert hat. Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist daher die Untersuchung und Entwicklung von Nanopartikel-Solarzellen mit einem alternativen Materialsystem, nämlich einem Heterokontakt zwischen einer Absorberschicht aus lösungsprozessierbaren Kupferindiumdisulfid-Nanokristallen (CuInS2) und einer ebenfalls flüssigprozessierbaren Schicht aus Zinkoxid-Nanopartikeln (ZnO). Auf der Grundlage von Vorarbeiten zur Demonstration des Funktionsprinzips sollen in dem vorliegenden Projekt das physikalische Verständnis limitierender Elementarprozesse in systematischer Weise experimentell erforscht und auch das weitere Entwicklungspotential des CuInS2/ZnO-Systems als Alternative zu den etablierten Solarzellen mit Bleichalkogeniden ausgelotet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Privatdozent Dr. Holger Borchert, bis 2/2016