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Meldung vom: 18.04.2017 - 09:26 Uhr

Solarzellen mit Nanostreifen-Anzug

Karlsruhe - Solarzellen aus Perowskiten erreichen inzwischen hohe Wirkungsgrade. Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, die Gründe für die hohen Wirkungsgrade der Perowskit-Solarzellen besser zu verstehen. Es bleiben aber auch noch zwei große Herausforderungen.

Perowskit-Solarzellen haben seit ihrer Entdeckung 2009 eine rasante Entwicklung durchlaufen und erreichen inzwischen Wirkungsgrade von über 20 Prozent. Die Forschung hat aber noch nicht alle Prozesse verstanden und muss noch zwei grundlegende Probleme lösen: die lichtabsorbierenden Schichten robuster gegen Umwelteinflüsse zu machen sowie das darin enthaltene Schwermetall Blei durch umweltfreundlichere Elemente zu ersetzen.

Ersatz von Blei - Tiefe Einblicke in physikalische Mechanismen notwendig
Forscher benötigen tiefere Einblicke in die physikalischen Mechanismen um zu verstehen, warum Perowskite einen so hohen Anteil der absorbierten Solarenergie in elektrische Energie umwandeln. Ein multidisziplinäres Team von Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) um Dr. Alexander Colsmann hat nun Perowskit-Solarzellen mithilfe der Piezoresponse Force Microscopy, einer besonderen Rasterkraft-Mikroskopietechnik, vermessen und dabei in den lichtabsorbierenden Schichten ferroelektrische Nanostrukturen nachgewiesen. Die KIT-Forscher beobachteten, dass der Bleihalogenid-Perowskit während der Entstehung dünner Schichten rund 100 Nanometer breite streifenförmige ferroelektrische Kristallbereiche mit gleicher Polarisationsrichtung (sog. Domänen) mit sich abwechselnden elektrischen Feldern bildet. Diese alternierende elektrische Polarisation im Material könnte eine entscheidende Rolle beim Transport der photogenerierten Ladungen aus der Solarzelle heraus spielen und somit die besonderen Eigenschaften der Perowskite in der Photovoltaik erklären.

Ferroelektrische Strukturen entstehen in der Perowskit-Solarzelle von alleine
„Die ferroelektrischen Strukturen in der Größe von wenigen zehn Nanometern könnten nahezu perfekt getrennte Transportpfade für Ladungen in der Solarzelle bilden“, erklärt Alexander Colsmann. Nach derartigen Strukturen suchen Forscher schon seit Jahren, um den Wirkungsgrad von Solarzellen zu verbessern. „In Perowskit-Solarzellen entstehen diese Strukturen unter gewissen Bedingungen offensichtlich von selbst“, sagt Professor Michael J. Hoffmann, Leiter des Instituts für Angewandte Materialien – Keramische Werkstoffe und Technologien (IAM-KWT) des KIT. Er kennt ähnliche ferroelektrische Strukturen aus der Keramikforschung.

Quelle: IWR Online
© IWR, 2017

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