Energetische Anpassung innerer Kontakte und maßgeschneiderter Grenzflächen in Photoelektrochemischen Multi-Absorber Solarzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Hannappel; Professor Dr. Jan Philipp Hofmann, seit 7/2022; Professor Dr. Roel van de Krol; Professor Dr. Erich Runge
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424924805

Dieses Projekt zielt auf die Aufklärung der elektronischen Struktur und der energetischen Bandanpassung der Grenzflächen von photoelektrochemischen Multi-Absorberzellen. Mit der Aufklärung der Bandenergiediagramme photoelektrochemischer Bauelemente im Kontaktbereich zum Elektrolyten hinsichtlich der relativen Energiepotentialvariationen wie auch hinsichtlich der Ausbildung von elektronischen Oberflächenzuständen soll ein vertieftes Verständnis der die Effizienz limitierenden Faktoren im Bauelement erreicht werden. Die elektronische Kopplung des Absorbers zu chemischen bzw. elektronischen Passivierungsschichten sowie zum Co-Katalysator soll vor allem durch das Zusammenspiel elektrochemischer Methoden und Photoelektronenspektroskopie im Vakuum untersucht werden. Dichtefunktional-basierte Rechnungen werden eine Interpretation der experimentellen Daten in Bezug auf ein grundlegendes Verständnis des Ursprungs der Bandanpassung erlauben. Da die Elementarschritte in Lichtabsorption, Ladungsträgertrennung und –transfer, wie auch die Katalyse der Multielektronenreaktionen stark miteinander verkoppelt sind, wollen wir uns auf zwei etablierte Wasser spaltende Multiabsorber-Bauelemente fokussieren, die bereits hohe Effizienzen gezeigt haben, aber andererseits auch noch nicht die physikalischen Grenzen erreicht haben: Si Multiabsorber und III-V Verbindungshalbleiter Tandem-Zellen. Die dabei identifizierten erfolgreichen Verfahren zur Modifizierung der elektronischen Kopplung über die Heterogrenzflächen sollen dann, in enger Kooperation mit den anderen Partnern, auch in operando untersucht und bewertet werden. Für die Langzeitperspektive dieses Forschungsverbundes soll das Projekt generalisierbare Forschungsansätze liefern, die auf andere Hocheffizienz-Multiabsorberstrukturen übertragen werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Bernhard Kaiser
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Wolfram Jaegermann, bis 7/2022