Graduiertenschule entwickelt hocheffiziente Solarzelle

Die an der Uni Potsdam im Rahmen von HyPerCells ent­wickelte hoch­effi­ziente Perowskit-Solar­zelle. (Bild: C. Wolff, U. Potsdam)

Mitglieder der Berlin-Potsdamer Graduiertenschule HyPerCells haben Perowskit-Dünn­schicht­solar­zellen mit Rekord­wirkungs­graden von deut­lich über zwanzig Prozent entwickelt. Lang­fristig sollen diese Zellen mit klassischen Halb­leiter­materi­alien zu hoch­effi­zienten Tandem-Zellen kombi­niert werden. Die vor zwei Jahren gegründete Gradu­ierten­schule HyPerCells ist eine gemeinsame Ein­richtung der Uni Potsdam und des Helm­holtz-Zentrums Berlin für Energie und Materialien.

Den an der Graduiertenschule beteiligten Arbeitsgruppen ist es gelungen, ein sehr detail­liertes Verständnis der chemischen und physika­lischen Prozesse in perowskit­basierten Dünn­schicht­solar­zellen zu erarbeiten und darauf auf­bauend Defekte und Verlust­prozesse zu mini­mieren. Aus­gehend von einer systema­tischen Opti­mierung der inneren Grenz­flächen und der Transport­prozesse in den einzelnen Schichten konnten unter Leitung von Dieter Neher von der Uni Potsdam Solar­zellen mit einem Wirkungs­grad von deut­lich über zwanzig Prozent reali­siert werden.

Perowskite zeichnen sich durch eine sehr breite Einstellbarkeit der optischen Band­lücke aus, was sie für die Anwen­dung in Tandem-Solar­zellen besonders attraktiv macht. Nächstes Ziel der Wissen­schaftler ist es, die effi­zienten Perowskit­zellen mit klas­sischen Silizium-Solar­zellen zu kombi­nieren und den Wirkungs­grad dadurch noch­mals zu erhöhen. Außerdem lässt der niedrig­tempe­rierte Herstel­lungs­prozess der Perowskit­zellen die Prozes­sierung auf flexible Sub­straten zu, was mit den meisten klassischen Halb­leiter­materi­alien nicht möglich ist und ihren Anwen­dungs­bereich drastisch erweitert.

HyPerCells vereint derzeit fünfzehn Doktorandinnen und Doktoranden aus der Physik, der Chemie, der Elektro­technik und der Kristallo­grafie. Die Uni Potsdam beteiligt sich mit drei Arbeits­gruppen am Institut für Physik und Astro­physik sowie am Institut für Chemie an der Schule. Erst kürz­lich haben sich zudem drei am HZB behei­matete Nach­wuchs­gruppen der Schule ange­schlossen, die sich intensiv mit anwen­dungs­rele­vanten Aspekten dieser aktu­ellen Material­klasse beschäftigen. (Quelle: U. Potsdam / pro-physik.de)

Referenzen: C. Wolff et al.: Reduced Interface-Mediated Recombination for High Open-Circuit Voltages in CH3NH3PbI3 Solar Cells, Adv. Mat. 29, 1700159 (2017); DOI: 10.1002/adma.201700159M. Stolterfoht et al.: Approaching the fill factor Shockley-Queisser limit in stable, dopant-free triple cation perovskite solar cells, Energy Environ. Sci. 10, 1530 (2017); DOI: 10.1039/C7EE00899F

Links: Soft Matter Physics Group (C. Wolff), Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, Universität PotsdamAbt. Struktur und Dynamik von Energiematerialien, Helmholtz-Zentrum Berlin für Energie und Materialien GmbHGraduiertenschule HyPerCells – Hybrid Perovskite Solar Cells

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