SPP 2196: Identifizierung und Unterdrückung von Grenzfl?chenrekombination für hocheffiziente Perowskit-Solarzellen

Halbleitende Perowskite besitzen beindruckende und au?ergew?hnliche physikalische Eigenschaften. Ein Schlüssel für Solarzellenanwendungen ist ihre hochfluoreszierende Natur wahrscheinlich aufgrund geringer intrinsischer Defektdichten trotz ihrer einfachen Herstellbarkeit von L?sung. In Kombination mit langen Ladungstr?ger-Diffusionsl?ngen k?nnen Perowskit-Solarzellen daher einen Wirkungsgrad von monokristallinen Silizium- oder sogar GaAs-Solarzellen erreichen. Gegenw?rtige Perowskit-Solarzellen erreichen jedoch normalerweise eine deutlich kleinere Leerlaufspannung als der Perowskit erlauben würde. Der Grund sind nichtstrahlende Rekombinationsverluste, die in anderen Komponenten der mehrschichtigen Solarzellenstapel auftreten. Das gilt insbesondere für Perowskit-Solarzellen in pin-Struktur bei denen die nichtstrahlende Rekombination an den Perowskit/Transportschicht (TS) Grenzfl?chen typischerweise 1-2 Gr??enordnungen gr??er ist als die Defektrekombination im Perowskit. Folglich ist ein umfassendes Verst?ndnis dieses Schlüsselph?nomens dringend erforderlich, um das Gebiet weiter voranzutreiben. In diesem Projekt wollen wir daher die wichtigsten Mechanismen der Grenzfl?chenrekombination entschlüsseln, um systematische Mittel zur Unterdrückung dieses Rekombinationsverlustes zu entwickeln. Zu den grundlegenden Fragen, die wir hier behandeln wollen, geh?rt die Rolle der Energieniveau-Ausrichtung zwischen dem Perowskit und der TS, und ob Grenzfl?chenrekombination über Defekte an der Perowskit-Oberfl?che, über die Grenzfl?che oder innerhalb der TS passiert. Wir setzten dabei auf komplement?re Techniken mit hoher Zeitaufl?sung (von ps bis us), wie z.B. transienter Photolumineszenz, transienter Absorption, und Terrahertz Spektroskopie. Mithilfe numerischer Simulationen soll ein umfassendes kinetisches Modell zur Beschreibung des Transfers und der Rekombination von Ladungen an der Grenzfl?che erstellt werden und das Modell in Folge angewendet werden, um die Wirkungsweise von isolierenden Zwischenschichten zu erkl?ren. Ein besonders wichtiger Schritt in Bezug auf die Grenzfl?chenenergetik wird die Bestimmung aller relevanten Energieniveaus im gesamten Mehrschichtstapel mittels Photoelektronenspektroskopie im dunklen sowie unter realistischen Solarzellenbedingungen. In Kombination mit Drift-Diffusions-Simulationen wird uns die Kenntnis der wahren Energetik im Bauteil ein umfassendes Verst?ndnis der Solarzellenoperation erm?glichen und dabei wichtige Designstrategien für effiziente TS aufzeigen. Schlie?lich soll die Grenzfl?chenrekombination durch gezielte Dotierung der Perowskitoberfl?che und Erzeugung einer Verarmungszone an der Grenzfl?che unterdrückt werden und hocheffiziente (> 23%) Solarzellen demonstriert werden. Insgesamt wird unser grundlegender Ansatz das Verst?ndnis der Grenzfl?chenrekombination entscheidend verbessern und dazu beitragen uns den fundamentalen thermodynamischen Wirkungsgradgrenzen weiter anzun?hern.