Identifizierung und Unterdrückung von Grenzflächenrekombination für hocheffiziente Perowskit-Solarzellen (SURPRISE II)

• Antragsteller: Professor Dr. Norbert Koch; Dr. Felix Lang, seit 8/2023; Professor Dr. Dieter Neher; Dr. Thomas Unold
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423749265

Während des ersten Förderzeitraums zielte das SURPRISE-Projekt darauf ab, die Prozesse zu entschlüsseln, die die Grenzflächenrekombination in hocheffizienten pin Perowkit-Solarzellen mit organischen Ladungstransportschichten bestimmen, mit besonderem Schwerpunkt auf dem Verständnis der Grenzflächen-Rekombinationspfade, der Energieniveaus an der Grenzfläche, sowie der Rolle der Zwischenschichten und des „surface-back-fields“ aufgrund von Dotierung. Im Rahmen des Projekts wurden zudem optoelektronische Charakterisierungsmethoden weiterentwickelt, neue Phänomene bei der Verschiebung von Energieniveaus an der Grenzfläche zwischen Perowskit und Ladungstransport identifiziert und erste Experimente zur Rolle mobiler Ionen und des eingebauten Feldes durchgeführt. Im vorgeschlagenen Folgeprojekt SURPRISE II wird dasselbe Team wie in der ersten Förderperiode Forschungsfragen von höchster Aktualität in Bezug auf Grenzflächenrekombination und Defektzustände behandeln. Insbesondere werden wir uns auf die Auswirkungen der Korngröße, der Oberflächen- und Grenzflächenchemie, der Dotierung und der Verspannung des Kristallgitters auf die Rekombinationsverluste an der Grenzfläche konzentrieren. Zudem wollen wir die Rolle von Grenzflächen bei der Alterung und Degradation der Bauelemente entschlüsseln und fortgeschrittene experimentelle Methoden entwickeln, um die eingebaute Spannung und das gesamte Banddiagramm von Solarzellen zuverlässig zu bestimmen - im Grundzustand und unter Beleuchtung. Darüber hinaus streben wir ein umfassendes Verständnis des Einflusses mobiler Ionen auf die Rekombination an den Grenzflächen an, insbesondere im Hinblick auf die Degradation der Bauelemente. Basierend auf unseren Erkenntnissen aus der ersten Förderperiode über die dominanten Rekombinationsverluste an der Grenzfläche werden schließlich Punktkontakte in Kombination mit neuartigen Zwischenschichten entwickelt, um die Kontaktfläche zwischen dem Perowskit und der Elektronen-Transportschicht zu reduzieren. Insgesamt sollen im Rahmen des SURPRISE II-Projekts neue Prinzipien zur systematischen Reduzierung der Grenzflächenrekombination für effiziente und stabilere pin-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von nahezu 25 % entwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2196: Perowskit-Halbleiter: Von fundamentalen Eigenschaften zur Anwendung
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Martin Stolterfoht, bis 7/2023