Verbesserung der intrinsischen Stabilität von Perowskit-Solarzellen durch Additive

• Antragsteller: Professor Dr. Vladimir Dyakonov
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424101351

Um herauszufinden wie die Stabilität von Bleihalogenid-Perowskit-Solarzellen verbessert werden kann, untersuchte unser interdisziplinäres Team unterschiedliche Stabilisierungsadditive, welche an der EPFL während der ersten Förderperiode des SPP2196 entwickelt wurden. Es wurde die Wirkung dieser Additive auf Solarzellen mit Cs0.05MA0.05FA0.90PbI3-Absorbern und Effizienzen von über 21% unter thermischer Belastung analysiert. Hierbei wurden die Filmmorphologie, die kristallographischen und optischen Eigenschaften sowie die Ladungsträgerbeweglichkeit und Leerlaufspannung der Solarzellen kontrolliert.Die bisher erzielten Ergebnisse weisen eindeutig auf eine verbesserte Stabilität der mit funktionalisierten Additiven hergestellten Filme und Bauelemente hin, Darüber hinaus beobachteten wir einen starken Einfluss der mesoporösen Elektronentransportschicht auf Effekte wie Ionenmigration und Photolumineszenzlöschung. Wir schlagen daher ein gezieltes Forschungsprojekt vor, um die Wechselwirkungsmechanismen und den Ursprung der Wirkung ausgewählter ionischer Flüssigkeiten sowie den dahinterstehenden mikroskopischen Mechanismus endgültig zu klären, und ihre Anwendbarkeit auf andere Perowskit-Zusammensetzungen zu beweisen. Auf der experimentellen Seite werden wir zwei transiente Techniken anwenden, um einerseits relativ schnelle Prozesse der Rekombination freier Ladungsträger mit der mikrowellenbasierten TRMC-Methode zu untersuchen und andererseits relativ langsame Prozesse im Zusammenhang mit der Ionenmigration mit Hilfe der transienten Leerlaufspannung (OCVD) abbilden zu können. Am Ende dieses Projektes werden wir das Zusammenspiel der Wechselwirkung der ionischen Flüssigkeiten und dem Perowskit-Bulk, sowie der Grenzflächen vollständig verstanden haben. Das damit generierte Wissen, sowie die entwickelten Konzepte, werden wir anwenden können um die Stabilität der Perowskit-Solarzellen im Allgemeinen zu verbessern. Ein Fokus dieses Projektes ist der Prozess der Ionenmigration durch die Solarzelle während des Betriebes, da diese zur Degradation der Perowskitschicht beiträgt. Derzeit ist nicht bekannt welche Effekte zur Ionenmigration führen und wie diese minimiert werden können. Beispielsweise sollten Reaktionen mit den Metalloxiden und anderen internen Grenzflächen vermieden, sowie eine definierte Feldverteilung gewährleistet werden, damit das elektrische Verhalten der Solarzelle verlässlich beschrieben und vorhergesagt werden kann. Nicht zuletzt ist es bei der Anwendung von stabilisierenden Additiven, welche ebenfalls Ionen sind, auch sehr wichtig, zwischen intrinsischen und extrinsischen Ionen im Perowskit-Absorber zu unterscheiden, was bisher experimentell nicht möglich war.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2196: Perowskit-Halbleiter: Von fundamentalen Eigenschaften zur Anwendung
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Zhaofu Fei, Ph.D.