Verbesserung der optoelektronischen Charakterisierungsmethoden zum Verständnis von Leerlaufspannungs- und Füllfaktorverlusten in Perowskit-Solarzellen mit großer Bandlücke

• Antragsteller: Dr. Sandheep Ravishankar, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462572437

Perowskit-Solarzellen haben sich in den letzten zehn Jahren rasant verbessert und weisen derzeit eine durchschnittliche Laboreffizienz auf, die mit kommerziell verwendeten Siliziumsolarzellen vergleichbar ist. Solche hohen Wirkungsgrade wurden im Allgemeinen nur für Perowskite mit Bandlücken unter 1,6 eV erreicht. Derzeit werden Perowskite mit großer Bandlücke (ca. 1,7 eV) als Top-Zelle in einer Tandemstruktur mit Siliziumsolarzellen untersucht, um einen größeren Bereich des Sonnenspektrums zu erfassen und damit die Effizienz der Photovoltaik-Umwandlung zu verbessern.Die Leistung der Tandemzelle ist jedoch stark durch die geringe Leistungsumwandlungseffizienz der Perowskitzelle begrenzt, die signifikante Verluste an Leerlaufspannung und Füllfaktor zeigt. Dies wurde auf eine wesentliche nicht strahlende Rekombination an den Grenzflächen der Perowskit-Solarzelle und einen schlechten Ladungstransport in den selektiven Kontakten zurückgeführt. Die Charakterisierung dieser Verlustmechanismen in der Perowskit-Solarzelle war jedoch aufgrund einer großen Variabilität der elektronischen Eigenschaften des Perowskits auf der Grundlage von Materialien und Methoden und der Schwierigkeit bei der Interpretation der Ergebnisse aufgrund der gemischten ionisch-elektronischen Leitung in schwierig die Perowskit- und Fremdsignale von den selektiven Kontakten, die an die Perowskit-Antwort gekoppelt sind.Daher wollen wir in diesem Projekt die Gerätephysik, die diese Verluste in Perowskit-Solarzellen mit großer Bandlücke regelt, durch neuartige Kombinationen elektrooptischer Charakterisierungstechniken, ergänzt durch Driftdiffusionssimulationen, beleuchten. Diese Techniken umfassen Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (UPS), transiente Photolumineszenz (tr-PL), raumladungsbegrenzte Strommessungen (SCLC) und intensitätsmodulierte Photostromspektroskopie (IMPS). Solche Kombinationen von Charakterisierungstechniken und Simulationen ermöglichen die Überwindung der Einschränkungen, die durch eine bestimmte einzelne Technik bereitgestellt werden, und ermöglichen es, konsistente Informationen und Parameter bezüglich der Betriebsphysik der Vorrichtung zu erhalten.Basierend auf den oben genannten Ideen und Methoden sind die Ziele des Projekts:a) Quantifizierung der Energieniveaus und Bandversätze zwischen den verschiedenen Schichten der Perowskit-Solarzelle, die ihre Leerlaufspannung begrenzen.b) Berechnung der Ladungstransportverluste in den selektiven Kontakten und Verständnis der Mechanismen der Ladungsextraktionsverluste in der Perowskit-Solarzelle.c) Quantifizierung der nicht strahlenden Rekombinationslebensdauer an den Grenzflächen zwischen Perowskit und selektivem Kontakt.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle