Bleifreie Doppel-Perowskit Materialien für photovoltaische Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Bein; Professor Dr. Vladimir Dyakonov; Professor Dr. Karsten Reuter
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424707803

Bleihaltige Perowskite erlangten kürzlich große Aufmerksamkeit aufgrund ihrer vielversprechenden Eigenschaften für die Photovoltaik ebenso wie im Bereich der Beleuchtung. Dennoch weisen bleihaltige Perowskite unbestreitbare Nachteile auf, wie beispielsweise die Instabilität gegenüber Feuchtigkeit, unzuverlässige Leistung der Solarzellen und die Toxizität des verwendeten Bleiiodids. Obwohl die Verkapselung der Solarzellen das Austreten von Blei verhindern könnte, muss das Perowskit-Material und somit auch das darin enthaltene Blei am Ende der Laufzeit der Solarzellen gesammelt werden. Um das Problem der Toxizität von Blei zukünftig zu lösen, sollten idealerweise bleifreie und stabile Perowskit-Solarzellen entwickelt und hergestellt werden. Im Rahmen unseres Projektes soll das Potential von bleifreien Doppelperowskit-Strukturen für die zukünftige Anwendung in Solarzellen untersucht und verstanden werden, um Konzepte für die Entwicklung neuartiger und stabiler Perowskitmaterialien zu erarbeiten. In einem ersten Schritt sollen Kristalle und Dünnschichten des bekannten Doppelperowskits Cs2AgBiBr6 mit Hilfe von theoretischen und experimentellen Studien auf ihre optoelektronischen Eigenschaften sowie potentielle materialspezifische Verlustmechanismen untersucht werden. Im Anschluss werden systematisch neuartige Strukturen der nicht toxischen Doppelperowskite erforscht. Dabei werden einzelne Materialkomponenten des obigen Referenzmaterials systematisch durch theoretisch vorgeschlagene Elemente an geeigneten Kristallpositionen ersetzt, und die optischen und elektronischen Eigenschaften der resultierenden Kristalle und Dünnschichten experimentell und mit theoretischen Methoden untersucht. Weiterhin werden die vielversprechendsten neuartigen Doppelperowskite als Absorberschicht in Solarzellen eingebaut um eine detaillierte elektronische Charakterisierung der photovoltaischen Prozesse zu ermöglichen und um Hinweise für die weitere Optimierung der neuen bleifreien Doppelperowskite zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2196: Perowskit-Halbleiter: Von fundamentalen Eigenschaften zur Anwendung