In-Situ Wachstumsstudien von Metallhalogenid-Perowskiten für Tandemsolarzellen.

• Antragsteller: Dr. Tim Kodalle
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455786566

Mit einer Kombination von In-situ-Photolumineszenz- und UV-Vis-Messungen zusammen mit Röntgenbeugung und bildgebenden Verfahren möchte ich das Wachstum von Metallhalogenidperowskiten in Abhängigkeit vom verwendeten Substrat untersuchen. Ziel des Projekts ist es, zu verstehen, wie verschiedene Substrate, insbesondere voll funktionsfähige „Bottom“-Solarzellen, die Nukleation, die Phasenentwicklung und den Kristallisationspfad (das "Wachstum") der Perowskitschichten beeinflussen. Darüber hinaus wird das Zusammenspiel der Eigenschaften des Substrats und der Zusammensetzung, bevorzugten Orientierung, Struktur und Morphologie des Perowskits analysiert werden. Dieses Verständnis wird es mir ermöglichen, individuell optimierte Abscheideprozesse für die Perowskitschichten in Tandemsolarzellen für die jeweilige Bottomzelltechnologie vorzuschlagen. Insbesondere werde ich die Eigenschaften der Perowskitschicht auf Standardsubstraten für Einzel-Solarzellen (Glas/Indium-Zinnoxid/Lochtransportschicht (HTL)) mit ihren Eigenschaften auf Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)- bzw. Si-Heterojunction-Bottomzellen vergleichen. In den verschiedenen Phasen des Projekts werde ich CIGS-Absorberschichten verwenden, die mit drei verschiedenen Depositionstechniken (Molekularstrahlepitaxie, thermische Ko-Verdampfung, sequentielles Sputtern/Annealen) sowie auf verschiedenen Substraten (Glas und flexible Polyimidfolie) hergestellt wurden. Außerdem werde ich unterschiedliche HTLs verwenden: gesputtertes NiOx, atomlagenabgeschiedenes NiOx und selbstorganisierende Monolagen. Während die verschiedenen Depositionstechniken zu Variationen in der Rauigkeit der CIGS-Absorberschicht führen und somit indirekt die Morphologie des Substrats des Perowskitwachstums beeinflussen, wirkt sich die Verwendung verschiedener HTLs direkt auf die Keimbildung der Perowskitschicht aus. Folglich ist die Haupthypothese, die im Rahmen dieses Projekts getestet werden soll, dass die Oberflächenrauigkeit der Bottomzelle sowie die Oberflächeneigenschaften der HTLs die Nukleation sowie das Wachstum und die Eigenschaften des Perowskits verändern werden. Durch Kombination meiner Erfahrung in der Herstellung und Charakterisierung von polykristallinen Absorbermaterialien für photovoltaische Anwendungen mit dem Fachwissen und den experimentellen Aufbauten für die multimodale in-situ-Analyse von Perowskit-Dünnschichten, die bei dem Gastinstitut zur Verfügung stehen, werde ich das Wachstum der Perowskitschicht mit hoher Zeitauflösung analysieren, um ein grundlegendes Verständnis der beteiligten Prozesse zu entwickeln und detaillierte Vorschläge für die Herstellung der Top-Zelle zu geben. Außerdem werde ich die vorgeschlagenen Experimente nutzen um die Degradationsmechanismen von hocheffizienten CIGS/Perowskit- und Si/Perowskit-Tandemsolarzellen zu untersuchen. Auf diese Weise werde ich in der Lage sein, das Zusammenspiel der Eigenschaften der Bottomzellen mit den Eigenschaften des Perowskits und seiner Stabilität zu entschlüsseln.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Dr. Carolin M. Sutter-Fella