Anlage zur Schichtabscheidung für Perowskitsolarzellen (Teilfinanzierung)

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525040574

Die AG Physik der Solar-Energiekonversion von Prof. Goldschmidt forscht an den grundlegenden physikalischen Prozessen der Umwandlung von Solarenergie in Solarzellen. Die Erkenntnisse werden genutzt, um konzeptionell neue Solarzellenstrukturen zu entwickeln und bestehende Konzepte zu verbessern. Hier ist die Materialklasse der Perowskite, insbesondere organisch-anorganische Metall-Halogenid Perowskite, sehr attraktiv. Das hohe Absorptionsvermögen ermöglicht fast vollständige Absorption des Sonnenlichts bei geringen Schichtdicken und die Toleranz gegenüber Kristalldefekten ermöglicht die Verwendung von im Vergleich zu anderen Halbleiter-Technologien einfachen Prozessen. Einer breiten Anwendung von Perowskiten in der Photovoltaik stehen allerdings mehreren Herausforderungen entgegen: Die Stabilität muss für mehr als 25 Jahren gewährleistet sein und hohe Wirkungsgrade müssen mit Materialien und Prozessen erreicht werden, die auch bei einer Photovoltaik-Industrie im Terawatt-Maßstab ausreichend verfügbar sind und keine anderen Umweltprobleme generieren (z.B. Toxizität). Um diese Herausforderungen zu meistern, ist ein tiefgehendes Verständnis der physikalischen Prozesse innerhalb der Perowskite und an den Grenzflächen der Solarzelle unabdingbare Voraussetzung. Mit der hier beantragten Anlage zur Schichtabscheidung sollen Perowskitsolarzellen unter kontrollierten Bedingungen mit hoher Reproduzierbarkeit hergestellt werden, um eine Untersuchung ihrer physikalischen Eigenschaften zu ermöglichen. Der Aufbau kombiniert nasschemische Methoden der Schichtabscheidung (Spincoating und Bladecoating) mit den Vakuum-basierten Methoden Aufdampfen, Sputtern, und Atomic-Layer-Deposition (ALD). Durch die Vielzahl der Methoden lassen sich unterschiedliche Solarzellentypen realisieren. Insbesondere ist die Herstellung von Perowskit-Perowskit Tandemsolarzellen, die besonders hohe Wirkungsgrade versprechen, und von Solarzellen mit Graphit-Elektrode, die sich durch besonders hohe Stabilität auszeichnen, geplant. Die Konfiguration der Anlage minimiert Störeinflüsse und ermöglicht, eine ausreichende Anzahl an Proben für eine gute Statistik effizient herzustellen. Wesentliche Merkmale sind (i) Arbeit in mehreren Handschuhboxen mit jeweils separater Stickstoff-Atmosphäre (ii) Laminar-Flow Funktionalität am Ort der nasschemischen Prozesse (iii) Ladeschleuse zwischen Sputter- und Aufdampfkammer (iv) Kombinatorischer Shutter zur Teilabdeckung des Substrats während bestimmter Aufdampfprozesse. Die opto-elektronischen Eigenschaften der in der Anlage zur Schichtabscheidung hergestellten Proben werden dann in der AG Goldschmidt untersucht. Dafür wird zurzeit eine umfassende, exzellente Infrastruktur aufgebaut. Weitergehende Untersuchungen opto-elektronischer und struktureller Eigenschaften sind innerhalb des Fachbereichs und im Rahmen von nationalen und internationalen laufenden und zukünftigen Projekten geplant.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Anlage zur Schichtabscheidung für Perowskitsolarzellen (Teilfinanzierung)
• Gerätegruppe: 8330 Vakuumbedampfungsanlagen und -präparieranlagen für Elektronenmikroskopie
• Antragstellende Institution: Philipps-Universität Marburg
• Leiter: Professor Dr. Jan Christoph Goldschmidt