Erforschung von Perowskit-Solarzellen

BTU-Forscher legen belastbare Ergebnisse zum Einfluss von Stickstoff auf die Funktionsweise von Perowskit-Solarzellen vor

Hybride organisch-anorganische Perowskit-Solarzellen gehören zu den sich am schnellsten entwickelnden neuen Solarzellentechnologien. In fünf Jahren Forschung und Entwicklung stieg die Effizienz von etwa drei auf 22 Prozent. Bei den weit verbreiteten Silizium-Solarzellen dauerte diese Effizienzsteigerung mehr als vier Jahrzehnte. Ein weiterer Vorteil von Perowskit-Solarzellen ist die kostengünstige Herstellung und die Möglichkeit, sie auch auf Kunststofffolien herzustellen.

Um die molekularen Funktionsmechanismen innerhalb der Perowskit-Solarzellen aufzuklären, hat eine Forschergruppe um Dr. Malgorzata Kot und Prof. Dr. Dieter Schmeißer vom Fachgebiet Angewandte Physik/Sensorik die Rolle des Stickstoffs genauer untersucht. Zusammen mit Prof. Henry Snaith von der Univeristät Oxford und Dr. Konrad Wojciechowski konnte nachgewiesen werden, dass der organische Teil und hier vor allem der Stickstoff in Perowskit-Solarzellen nicht nur dazu da ist, die Elementarzellen zu stabilisieren, sondern auch Einfluss auf die elektronische Struktur hat. Ihre Ergebnisse wurden nun in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift "Chemistry - A European Journal" veröffentlicht.

Mithilfe der resonanten Photoelektronenspektroskopie (resPES) haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Einfluss des Stickstoffs auf die elektronische Struktur des Methylammonium-Bleiiodids (CH3NH3PbI3) untersucht. Viele theoretische Berechnungen gehen davon aus, dass der organische Teil (CH3NH3+) nicht zum elektronischen Valenzband des Methylammonium-Bleiiodids beiträgt. Diese Berechnungen stützen sich allerdings oft auf Näherungen und liefern keine verlässlichen Ergebnisse.

Mit der jetzt im Magazin "Chemistry - A European Journal" veröffentlichten Arbeit liegt erstmals ein experimenteller Nachweis des Stickstoffbeitrags zur CH3NH3PbI3-Elektronenstruktur vor. Dr. Malgorzata Kot hofft, dass "diese Ergebnisse in zukünftigen theoretischen Berechnungen dafür sorgen, dass auch der organische Teil des Moleküls berücksichtigt wird". Damit könnten die Näherungen bei der Berechnung des Banddiagrams sowie der Valenz- und Leitungsmechanismen vermieden und genauere Ergebnisse erzielt werden. Die neuen Ergebnisse liefern allerdings nicht genug Hinweise, um den Mechanismus hinter der hohen Effizienz von Perowskit-Solarzellen zu erklären. Sie bieten zeigen aber, dass auch die organischen Moleküle einen Einfluss auf Funktionsweise haben.

Fachkontakt

Dr. rer. nat. Malgorzata Kot
Angewandte Physik/Sensorik
T 2972
malgorzata.sowinska(at)b-tu.de

Pressekontakt

Benedikt Stahl
Stabsstelle Kommunikation und Marketing
T 2115
benedikt.stahl(at)b-tu.de
Neueste Erkenntnisse zeigen, dass organische Teil von Perowskit-Solarzellen ebenfalls zur Funktion der Zellen beiträgt