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Perovskiten für die Solarenergie

 

Das Ziel des Projekts besteht darin, die Leistung von Perovskite-basierten Solarzellen durch ein genaues experimentelles und theoretisches Verständnis der Ladungstrennungsmechanismen zu steigern. Dieses Wissen wird in die Entwicklung und Optimierung von Solarzellen zurückfliessen, welche dann eine optimierte Konversionseffizienz von 18 Prozent oder mehr aufweisen könnten.

Projektbeschrieb (laufendes Forschungsprojekt)

Organisch-anorganische Hybridmaterialien weisen sowohl die grössere Ladungsträgerbeweglichkeit anorganischer Halbleiter als auch die Verarbeitbarkeit organischer Materialien auf. Organisch-anorganische Methylammonium-Blei-Halogen-Perovskite sind für ihre hervorragenden Qualitäten bekannt. Ihre Konversionseffizienz liegt derzeit bei über 15 Prozent. Neben der aussergewöhnlichen photovoltaischen Leistung von Methylammonium-Blei-Halogen-Perovskiten ist auch das Abscheideverfahren interessant, da es sich für zahlreiche Herstellungsverfahren eignet.

Zielsetzung

Das Ziel des Projekts ist es, hocheffiziente hybride organisch-anorganische Dünnschichtsolarzellen aus Perovskiten zu entwickeln und zu testen, um die Konversionseffizienz auf über 15 Prozent zu steigern. Hinsichtlich der Herstellung lautet die Strategie, sich auf durch Zweiquellen-Aufdampfung, Zweischritt-Aufdampfung und dampfgestützte Nassprozessierungsmethoden hergestellte Proben zu konzentrieren. Die Charakterisierung zielt auf die Untersuchung der wichtigen Aspekte des Zellenbetriebs wie Exzitonenerzeugung, -migration und -dissoziation ab oder der entsprechenden Vorgänge bei freien Ladungsträgern (Löcher und Elektronen). Ebenfalls untersucht wird deren Transfer an Grenzflächen mit zeitaufgelöster optischer und Röntgen-Spektroskopie von Femtosekunden (fs)/Pikosekunden (ps) bis Nanosekunden. Optische Messungen werden durchgeführt, um die allgemeine Ladungsträgerdynamik zu bestimmen. Für eine genauere Identifizierung des Schicksals der Ladungsträger werden fs/ps-Röntgenabsorptionsspektroskopie und Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) eingesetzt. Diese Untersuchungen erfolgen an reinen Perovskit-Materialien und der gesamten Zelle.

Bedeutung

Die Entwicklung einer effizienten festen Dünnschichtsolarzelle, bei der eine sublimierte CH3NH3PbX3-Perovskit-Schicht (X = Halogen) zwischen zwei dünne organische ladungstransportierende Schichten gepresst wird, die als Loch- und Elektronenblocker fungieren, und diese über ein leitfähiges Polymer miteinander verbunden werden, stellt einen Durchbruch dar. Der erwartete Wirkungsgrad von 18 Prozent bei 100 mW cm−2 ist bemerkenswert. Insbesondere der erwartete Kurzschlussstrom von 24 mA cm−2 und das freie Korrosionspotenzial von über 1,0 Volt bringen einen deutlichen Nutzen für kleine und mittlere Unternehmen und die Schweizer Volkswirtschaft.

Originaltitel

Preparation and characterization of high efficiency hybrid organic-inorganic thin film solar cells

Projektverantwortliche

  • Prof. Majed Chergui, Laboratoire de spectroscopie ultrarapide, EPF Lausanne
  • Prof Ursula Röthlisberger, Laboratoire de chimie et biochimie computationnelles, EPF Lausanne
  • Dr. Mohammad Khaja Nazeeruddin, Laboratoire de photonique et interfaces, EPF Lausanne

 

 

Weitere Informationen zu diesem Inhalt

 Kontakt

Prof. Majed Chergui Laboratoire de spectroscopie ultrarapide
EPFL - SB - ISIC - LSU
Station 6
Bâtiment CH
1015 Lausanne +41 21 693 04 57 majed.chergui@epfl.ch

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