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Projekt
Fundamentale Eigenschaften zwei-dimensionaler Perowskite und deren Anwendung in Solarzellen
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr. Selina Olthof; Professor Dr. Thomas Riedl
Fachliche Zuordnung
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506699365
Perowskithalbleiter haben in den letzten Jahren die Solarzellenforschung revolutioniert, und deren Solarzellen erreichen inzwischen ähnliche Effizienzen wie einkristallines Silizium. Eine wichtige Rolle für den Wirkungsgrad und die Stabilität spielt nicht nur der Perowskit selbst, sondern auch seine Grenzflächen zu angrenzenden Ladungstransportschichten. Kürzlich sind zweidimensionale (2D) Perowskite in den Fokus gerückt, da mit ihnen sowohl die Effizienz als auch die Stabilität von Perowskitsolarzellen signifikant gesteigert werden konnte. Dazu wurden dünne 2D Perowskitschichten auf oder unter dem 3D Absorber in das Bauteil integriert. Die Gründe für diese umfassenden Verbesserungen werden gegenwärtig kontrovers diskutiert und ein Verständnis der 2D/3D Grenzflächen muss erst noch entwickelt werden.Vor diesem Hintergrund werden in diesem Projekt zunächst die grundlegenden Eigenschaften wie die elektronische Struktur, optische Eigenschaften und Stabilität von 2D Perowskiten abhängig von der Wahl des großen organischen A-Kations untersucht. Im direkten Vergleich zu analogen 3D Perowskiten wird insbesondere auch die Stabilität der 2D Materialien im Kontakt mit angrenzenden Ladungstransportschichten eingehend studiert werden. Zusätzlich werden dünne 2D Perowskitschichten in Kombination mit einem solarzellenrelevanten 3D Perowskiten betrachtet - entweder als Schicht darunter oder darauf. Unsere Untersuchungen werden Rückschlüsse zulassen, wie die organischen Kationen, sowie die Prozessierung der 2D/3D Grenzfläche, die Schichtausbildung, die Dimensionalität und die elektronische Struktur an der Grenzfläche beeinflussen. Im Weiteren werden dünne 2D Perowskitschichten in spezifisch designten unipolaren Bauteilen (mit reinem Loch-, bzw. Elektronentransport) integriert und die Bauteilcharakteristika mit den zuvor gewonnenen Erkenntnissen korreliert. Die vielversprechendsten dieser 2/3D Grenzflächen werden schließlich in Solarzellen genutzt. Von besonderem Interesse wird es sein, die erreichbaren offenen Klemmspannungen mit der ermittelten Aufspaltung der quasi-Ferminveaus zu vergleichen, um zu bestimmen wie parasitäre Rekombination sowie Ladungsträgerbarrieren die Effizienz der Bauteile limitieren und in welcher Weise sich durch Verwendung der 2D Perowskite als Zwischenschichten zu angrenzenden Ladungstransportschichten (wie z.B. Fullerene, Metalloxide, usw. ) eine Verbesserung erreichen lässt. Daran anschließend wird die mögliche Verbesserung der Stabilität der Solarzellen unter Einsatz der 2D Schichten, sowohl bei Lagerungen unter verschiedenen Bedingungen (inert, an Luft, hohe Temperaturen) als auch im Betrieb analysiert. Hier wird auch untersucht werden, ob 2D Schichten die verlustbringende Phasenseparierung in gemischt-Haliden (I/Br) Perowskiten unterdrücken können.Die in diesem Projekt zu erwartenden grundlegenden Einsichten sind unverzichtbar für weitere substanzielle Fortschritte im Hinblick auf Effizienz und Lebensdauer von Perowskitsolarzellen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
