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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
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ursprüngliches Ziel des Projekts war es zu verstehen, wie die Oberflächeneigenschaften des unteren Bauelements in einer Tandem-Solarzelle die Keimbildung und Kristallisation einer anschließend abgeschiedenen Perowskit-Schicht beeinflussen, ein Schlüsselelement zur Verbesserung des Wirkungsgrads von Solarzellen. Ziel des Projekts war es, den Einfluss der Oberflächenrauheit und der Wahl einer Zwischenschicht (HTL) auf die Eigenschaften der Perowskitschicht zu untersuchen. Die Methoden der Wahl für diese Studie waren In-situ- Photolumineszenz (PL) und In-situ-Röntgendiffraktion (XRD). Zur Analyse des Perowskit- Wachstums wurden verschiedene Substrate, darunter Glas, Glas/ZnO und CIGS-Bodengeräte, verwendet. Es wurden Experimente durchgeführt, um die ursprüngliche Hypothese zu testen, dass die Oberflächenrauhigkeit und die HTL-Eigenschaften die Perowskit-Keimbildung und das Wachstum beeinflussen. Es stellte sich jedoch heraus, dass die Wahl des Substrats entgegen der ursprünglichen Hypothese nur einen minimalen Einfluss auf die Keimbildung und Kristallisation des Perowskits hatte. In-situ-XRD- und PL-Messungen zeigten, dass die Oberflächenrauhigkeit des Substrats die Entwicklung der Perowskitschicht nicht wesentlich beeinflusste. Weitere Experimente mit verschiedenen HTLs auf unterschiedlichen Substraten bestätigten den fehlenden wesentlichen Einfluss auf die Keimbildung und das Wachstum des Perowskits. Daher verlagerte sich der Schwerpunkt des Projekts auf die umfassendere Herausforderung der Aufrechterhaltung der Stabilität in Perowskit-Solarzellen, d. h. auf die Untersuchung der Verwendung sperriger organischer Kationen, die stabilitätssteigernde 2D- und Quasi-2D-Perowskit-Schichten bilden. Die Studie untersuchte die Bildungsdynamik von (Quasi-)2D-Perowskit-Schichten auf der Grundlage verschiedener organischer Kationen (PEAI und TMAI) und zeigte, dass die Zusammensetzung der 2D-Schichten je nach Molekül variiert und dass ein höherer Anteil an Quasi-2D-Phasen (unter Verwendung von TMAI) sich vorteilhafter auf die Leistung der Bauelemente auswirkt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich der anfängliche Schwerpunkt des Projekts auf die Substrateigenschaften verlagert hat, um die kritische Frage der Stabilität von Perowskit-Solarzellen anzugehen.

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