Perowskit-Solarzellen einen Schritt näher zur Kommerzialisierung bringen
Perowskit ist eine Mischung von organischen Molekülen und anorganischen Elementen und wird in Solarzellen verwendet, um Sonnenlicht auf eine ähnliche Art und Weise wie in verbreiteten Silizium-basierten Solarzellen zu erfassen und so Sonnenstrahlen in Strom umzuwandeln. Mit Solarwirkungsgraden von bis zu 20% haben Perowskit-Solarzellen weltweit viele Wissenschaftler motiviert, sich auf das Verständnis der Physik von diesem Materialsystem zu konzentrieren. Belgische Forscher erreichten kürzlich einen Rekord bei der Effizienz des aktiven Bereichs auf Dünnschicht-Perowskit-Solarzellen, gemessen über eine Öffnungsfläche von 16 cm2. Hohe Effizienz und Stabilität sind von entscheidender Bedeutung für die Kommerzialisierung dieser vielversprechenden Solarzellentechnologie. Daher sollten sich künftige Anstrengungen auf weitere grundlegende Aspekte der Technologie konzentrieren. Aber wichtige Aspekte in Bezug auf die genaue Zusammensetzung dieses Hybridmaterials und seine Morphologie auf Mikro- und Nanoebene bleiben weitgehend unberücksichtigt. Im Rahmen des EU-geförderten Projekts PHOTON (Perovskite-based hybrid optoelectronics: Towards original nanotechnology) synthetisierten Forscher neuartige Perowskit-Materialien und entwickelten neue analytische Techniken, um einen tieferen Einblick in die Materialeigenschaften zu gewinnen. Darüber hinaus entwickelten sie ein Vier-Sonden-Messsystem, mit dem die Elektronenleitfähigkeit genau gemessen werden kann. Neue Einblicke in die Dünnfilmbildung werden die richtige Entwicklung von leistungsstarken Perowskit-Solarzellen über den Stand der Technik hinaus erleichtern. Fortschrittliche Dünnfilm-Abscheidungstechniken, wie beispielsweise gepulste Laserabscheidung, ermöglichen die Bildung von atomar glatten Folien und die Kontrolle über die Materialstöchiometrie und -zusammensetzung. Eine anspruchsvolle Instrumentierung, um das Dünnschichtwachstum in situ zu überwachen, ermöglicht es den Forschern, die bei der Dünnschichtbildung auftretenden Prozesse sorgfältig zu untersuchen. Eine weitere Herausforderung liegt in der Hochskalierung und Optimierung der Abscheidungsprozesse für reproduzierbare Perowskit-Solarzellen. Das Laserdirektschreiben ist eine bemerkenswert einfache Methode, um hoch geordnete und funktionale mikro-/nanostrukturierte Systeme aus einer breiten Palette von Materialien herzustellen. Diese äußerst vielseitige Methode erlaubt es, komplexe Materialien als Flüssigkeiten, Pasten oder Feststoffe mit lateraler Direktionalität abzuscheiden. Mit der laserinduzierten Vorwärtsübertragung verwendeten die Forscher eine vielseitige Technik, die hochauflösendes Drucken aus einer Vielzahl von funktionellen Materialien ermöglicht. Die Technik wird häufig an Silizium-Solarzellen für die Metallisierung von Silberelektroden eingesetzt. Das Team beschrieb alle Herausforderungen der konformen Beschichtung von Elektroden aus Silber-Nanopasten auf rauen Strukturen im Mikromaßstab und lieferten neue Einblicke in die morphologischen und elektronischen Eigenschaften der abgeschiedenen Silberelektroden. Die Forschungen von PHOTON können zu neuen Perowskit-Solarzellenkonzepten führen, die konventionelle Silizium-basierte Technologien übertreffen, und würden so die Kommerzialisierungsbemühungen steigern.
Schlüsselbegriffe
Perowskit, Solarzellen, PHOTON, Dünnfilmbildung, Laserdirektschreiben
