Perowskit Defekte: Physik, Evolution und Stabilität

• An­trag­stel­le­rin­nen / An­trag­stel­ler: Professor Dr. Carsten Deibel ; Technische Universität Chemnitz; Institut für Physik; Optik und Photonik kondensierter Materie, insb. für Sensorik und Analytik; Professorin Dr. Yana Vaynzof, seit 1/2020 ; Technische Universität Dresden ; Institut für Angewandte Physik
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424216076

Die Entdeckung von hybriden Perowskithalbleitern als Solarzellenabsorber hat bereits zu außerordentlichen photovoltaischen Wirkungsgraden geführt. Die physikalischen Eigenschaften dieser Materialklasse sind allerdings noch nicht vollständig verstanden;insbesondere die Rolle von ionischen und elektronischen Defekten hinsichtlich Solarzelleneffizienz, Hysterese und Stabilität ist noch nicht abschließend geklärt. In diesem Forschungsvorhaben wollen wir die Natur der Defekte in Dünnschichten und Solarzellen aus Bleihalogenid-Perowskiten detailliert ergründen, wie sie die Langzeitstabilität beeinflussen und mit welchen Strategien sie passiviert werden können.Als aktive Materialien werden Methylammonium-Bleitriiodid und Dreifach-Kationen-Halogenid Perowskite in vertikalen und lateralen Bauteilgeometrien charakterisiert, wobei die Defektdichte in der aktiven Perowskitschicht durch eine systematische Variation der Stöchiometrie der Precursor-Lösung mit hoher Genauigkeit verändert wird. Durch diese kleinsten Stöchiometrieänderungen werden wir die Abhängigkeiten der Solarzellenparameter und der Bauteildegradation von den Defektzuständen und ihrer Kenngrößen (Typ, Aktivierungsenergie, Konzentration, Verteilung, Lokalisation an Oberfläche oder im Film) untersuchen können. Um ein genaues physikalisches Verständnis der Rolle von Defekten in Perowskithalbleitern zu erlangen, werden verschiedene komplementäre experimentelle Methoden eingesetzt. Dazu gehören transiente, ortsaufgelöste sowie temperaturabhängige, elektrische und optische Techniken. Über ein dadurch gewonnenes grundlegendes Verständnis hinaus, ist es unser Ziel die signifikantesten und wichtigsten Defektzustände in Bleihalogenid-Perowskit Solarzellen zu identifizieren und dadurch Strategien zur Passivierung dieser Defekte zu entwickeln, um damit die Leistungsfähigkeit und Langzeitstabilität von Perowskitphotovoltaik nachhaltig zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2196: Perowskit-Halbleiter: Von fundamentalen Eigenschaften zur Anwendung
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Sven Hüttner, bis 1/2020