Ab-initio-Untersuchung von Quanteneffekten an Grenzflächen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Silvana Botti
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 393285225

Im Bereich der Photovoltaik führt der Weg zur Optimierung bestehender und Entwicklung neuer Technologien über eine bessere Beherrschung der Physik von Grenzflächen. Ein tiefes Verständnis der an Grenzflächen auftretenden physikalischen Phänomene und ihrer wechselseitigen Abhängigkeiten ist für die Entwicklung von Strategien zum Grenzflächen-Design unabdingbar. Ziel des hier vorgeschlagenen Projektes ist die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Grenzflächenmorphologie und Elektron-Loch-Dynamik mit Hilfe von Ab-initio-Rechnungen, um die Mechanismen, die die Ladungsträgertrennung und -rekombination an Grenzflächen in Solarzellen bestimmen, besser zu verstehen.Zu diesem Zweck werden wir uns auf eine Reihe von Homo- und Hetero-Grenzflächen, welche für die Photovoltaik relevant sind, konzentrieren: Cu(Ga,In)Se2/CdS- und Cu(Ga,In)Se2/Mo -Grenzflächen, innere Grenzflächen zwischen Cu2ZnSnSe4 und Sekundärphasen, Grenzflächen zwischen Perowskit-Absorbern und Elektron-/Lochleitern.Im Rahmen der verallgemeinerten Dichtefunktionaltheorie und der zeitabhängigen Dichtefunktionaltheorie werden wir ein neues lokales Hybridfunktional entwickeln, welches aus der GW-Methode abgeleitet und so konzipiert ist, dass es die elektronische Abschirmung mittels ihrer Abhängigkeit von einer Dichte-Schätzfunktion der lokalendielektrischen Funktion berücksichtigt. Das Funktional wird an Modellsystemen getestet und anschließend zur Berechnung von elektronischen Anregungen an realistischen Grenzflächen verwendet werden. Wir werden insbesondere den Elektron- und Lochtransport sowie die Ladungsträgertrennung und -rekombination berechnen und uns dabei aufdie Identifikation von begrenzenden Faktoren für die Energiekonversion konzentrieren sowie Vorschläge zur Überwindung dieser Limitierungen unterbreiten.Dieses Projekt ist Teil einer ambitionierten Langzeitstrategie für meine neu aufgebaute Gruppe an der Universität Jena und wird dazu beitragen, bestehende Kollaborationen auszubauen und neue Verbindungen zu Experimentalphysikern, die im Bereich derPhotovoltaik arbeiten, zu etablieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Luxemburg, Niederlande
• Kooperationspartnerinnen: Professorin Dr. Maria A. Loi; Professorin Dr. Susan Schorr; Professorin Dr. Susanne Siebentritt