15.10.2021 • Energie

Gefangene Ladungsträger

Genaue Analyse der Defektttypen in Perowskit-Solarzellen.

Perowskit-Solar­zellen aus MAPI-Halbleitern bestehen aus organischen Methyl­ammonium-Kationen und Bleijodid-Oktaedern, die eine Perowskitstruktur bilden. MAPI-basierte Solarzellen haben innerhalb weniger Jahre Wirkungs­grade von 25 Prozent erreicht. Bislang altern die halb­organischen Halbleiter jedoch noch schnell. Ein Team um Artem Musiienko hat erstmals fünf verschiedene Defekttypen in MAPI-Perowskiten genau charak­terisiert und die Wechselwirkung zwischen diesen Defekten und den Ladungs­trägern gemessen.

Abb.: Fünf verschiedene Arten von Defekten in MAPI-Perowskiten wurden...
Abb.: Fünf verschiedene Arten von Defekten in MAPI-Perowskiten wurden untersucht und charak­terisiert. Das Ergebnis: ein großer Teil der Defekte hält die Ladungs­träger nicht lange fest. (Bild: HZB)

Mit einer Kombination aus hochempfindlichen Spektroskopie­methoden gelang es ihnen, Konzentration, Energie, Einfang­querschnitt und Ladungs­einfangzeit der verschiedenen Defekte experi­mentell zu bestimmen und eine Karte der Defekte zu erstellen. Durch die Verwendung von elektrischen Pulsen stellten sie sicher, dass die Messungen die Qualität des Materials nicht beeinträchtigten. Die Mess­ergebnisse ermöglichen die zuverlässige Unterscheidung zwischen Elektronen- und Löcher­transport und die Bestimmung ihrer wichtigsten Parameter: Mobilitäten, Lebensdauern und Diffusions­längen. „Damit gibt diese Arbeit Antworten auf Fragen, die schon lange Zeit im Bereich der Perowskit-Solar­zellen diskutiert wurden“, sagt Musiienko.

Eine wichtige Erkenntnis: Ein großer Teil der Defekte gibt die einge­fangenen Ladungs­träger nach kurzer Zeit wieder frei. „Das könnte eine Erklärung für die besonders hohen Wirkungsgrade der MAPI-Perowskite sein", sagt Musiienko. Diese Ergeb­nisse ebnen den Weg, MAPI-Perowskite hinsichtlich der Defekt­konzentration zu optimieren, um hohe Wirkungs­grade mit guter Stabilität zu kombinieren.

HZB / JOL

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