Abgeschlossenes Projekt: Perowskite für die Solarenergie
Ziel des Projekts war es, den Wirkungsgrad und die Stabilität von Photovoltaikzellen auf der Basis von Perowskiten zu erhöhen und die Zellen auf atomarer Ebene genau zu charakterisieren. Ein weiteres Ziel war die Optimierung des Wirkungsgrads der Sonnenenergieumwandlung und der Photostabilität von Perowskit-Photovoltaikzellen.
Vor rund sieben Jahren tauchte ein neues Material zur Umwandlung von Sonnenenergie auf: Perowskit. Aufgrund der Zusammensetzung und Gitterstruktur verfügen Perowskite über bemerkenswerte Eigenschaften wie eine gute Absorption des Lichts im sichtbaren Spektrum, eine gute Ladungsträgermobilität, die für die Gewinnung von Strom zentral ist, sowie eine einfache Verarbeitbarkeit und Synthese.
Resultate
Während des Projekts unter der Leitung von Prof. Majed Chergui vom Laboratoire de spectroscopie ultrarapide der EPF Lausanne wurde ein rekordhoher Wirkungsgrad (etwa 21 %) erreicht, der inzwischen überboten wurde. Um die Stabilität der Zelle zu verbessern, wurde eine Grenzflächentechnik mit niederdimensionalen Perowskiten entwickelt. Bei der Charakterisierung wurden neue Verhaltensweisen von Ladungen entdeckt, die den Weg für neuartige Anwendungen von Perowskiten für lichtemittierende Bausteine ebnen könnten. Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse zur Wanderung von Ladungen in Materialien geben Hinweise darauf, wie der Wirkungsgrad und die Stabilität von Perowskit-Photovoltaikzellen verbessert werden könnten. Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- Nachweis einer Methode zur Grenzflächenbehandlung und zum Wachstum niederdimensionaler Perowskit-Strukturen zwecks Verbesserung des Wirkungsgrads und der Stabilität von Photovoltaikzellen;
- Charakterisierung des Ladungsverhaltens von organisch-anorganischen Perowskit-Monokristallen unter kurzen Strahlungsimpulsen. Hinweise auf neue Quasiteilchen bei hoher Fluenz und präzise Bestimmung der effektiven Masse von Elektron und Loch;
- Entwicklung einer neuartigen experimentellen Methode zur Beobachtung des Elektronentransports über Grenzflächen;
- Berechnungen von effektiven Massen, die weitgehend mit den experimentellen Ergebnissen übereinstimmen;
- Klärung des Ursprungs der Verschiebung der Bandlücke mit der Temperatur und der dualen Emission.