Epitaktisch gewachsene Zinn Perowskite

• Antragsteller: Dr. Robin Ohmann; Professor Dr. Michael Saliba
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423876021

In diesem Projekt erforschen wir die grundlegenden Eigenschaften von epitaktisch gewachsenen zinnbasierten Perowskiten (Sn-Perowskit) als Alternative zu bleibasierten Materialien. Insbesondere, weisen Sn-Perowskite eine Bandlücke auf, die im idealen Bereich für eine Einfachsolarzelle liegt und Mehrfachsolarzellen aus reinem Perowskit ermöglichen wird. Darüber hinaus sind sie auch umweltfreundlicher. Jedoch sind die Wirkungsgrade von Sn-Perowskit-Solarzellen derzeit viel geringer als bei den Pb-Perowskiten. Ein kritisches Hindernis ist die Neigung von Sn, von Sn2+ weiter zu Sn4+ zu oxidieren. Insbesondere die bei herkömmlichen Präparationsmethoden verwendeten Lösungsmittel können diese Oxidation weiter begünstigen. Wir werden daher in diesem Projekt epitaktisches Wachstum anwenden, um Lösungsmittel zu vermeiden, und wir werden die Sn-Perowskite bis hinunter in den atomaren Bereich charakterisieren. Insbesondere werden wir die atomare Struktur von Sn-Perowskit-Oberflächen wie CH3NH3SnI3 experimentell bestimmen, um Sn4+-Defekte zu lokalisieren und Grenzflächenphänomene zu verstehen, die auf Grund der Schichtbauweise in Perowskit-Solarzellen auftreten. Außerdem werden wir auf der Perowskit-Oberfläche Dotierungsstoffe und Adsorbate, wie z. B. Gasmoleküle der Luft, aufbringen, um die spezifischen Wechselwirkungen auf der atomaren Skala grundlegend zu untersuchen, vor allem in Bezug auf Effizienzsteigerung, Zersetzung und Oxidation. Um den Bogen zur Anwendung zu schlagen werden zusätzlich Oberflächentechniken verwendet, welche im Mikrometerbereich auflösen, um größere Inhomogenitäten sowie Korngrenzen, Austrittsarbeiten, Kontaktpotentialdifferenzen und Oberflächenphotospannungen zu untersuchen. Ein umfassendes Verständnis auf der Anwendungsebene verlangt zunächst die Herstellung von zinnbasierten Perowskit-Solarzellen mittels der herkömmlichen Methode aus der Lösung. Anschließend werden wir die optimierten Architekturen mit den Erkenntnissen aus den nano- und mikroskopischen Charakterisierungen verbinden, um durch Epitaxie neue Sn-basierte Solarzellen herzustellen, die hoch effizient und langzeitstabil sind. Unsere Kombination von Untersuchungsmethoden auf atomarer, mikro- und makroskopischer Skala an der gleichen Art von Proben ist in besonderem Maße geeignet, um ein tiefgreifendes Verständnis von Sn-Perowskiten zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2196: Perowskit-Halbleiter: Von fundamentalen Eigenschaften zur Anwendung
• Internationaler Bezug: Luxemburg, Schweiz
• Partnerorganisation: Fonds National de la Recherche; Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Alex Redinger