Perowskite für Solarzellen

Perowskite, Hybridmaterialien aus organischen und an­orga­nischen Stoffen, gelten als aus­sichts­reiche Materi­alien für eine neue Genera­tion von Solar­zellen. Perowskite bieten nicht nur einen ver­gleich­bar hohen Wirkungs­grad wie die etab­lierten Solar­zellen aus Silizium, sondern sind zudem ein­facher in der Her­stel­lung und Ver­arbei­tung. Zur grund­legenden Erfor­schung von Perowskit-Halb­leitern bewil­ligte die DFG jetzt ein Schwer­punkt­pro­gramm unter Koordi­na­tion von Lukas Schmidt-Mende, Pro­fessor für hybride Nano­struk­turen an der Uni­ver­sität Konstanz. Unter dem Titel „Perowskit-Halb­leiter: Von funda­men­talen Eigen­schaften zur An­wen­dung“ wird das Schwer­punkt­pro­gramm von der DFG für einen Zeit­raum von bis zu sechs Jahren mit jähr­lich etwa 2,3 Milli­onen Euro gefördert. Beteiligt sind Uni­ver­si­täten und Forschungs­ein­rich­tungen aus ganz Deutsch­land, aber auch aus Groß­britan­nien und der Schweiz. Das Schwer­punkt­pro­gramm zählt damit zu den europa­weit größten Forschungs­ver­bünden im Bereich der Perowskit-Forschung.

Perowskite besitzen eine entscheidende Eigenschaft: Sie lassen sich aus einer Lösung bei niedrigen Tempe­ra­turen ver­arbeiten. Auf diese Weise können sie als Film auf Flächen auf­ge­strichen werden, was die Her­stel­lung von Solar­zellen wesent­lich ver­ein­facht. „Noch vor sechs Jahren wäre es nicht denk­bar gewesen, mit einem lösungs­pro­zes­sierten Halb­leiter Solar­zellen mit hohen Wirkungs­graden zu erzielen, die konkur­renz­fähig zu Silizium sind. Mit diesen Perowskiten wurde das nun erreicht“, sagt Schmidt-Mende.

Solche als Lösung hergestellten Solarzellen unter­liegen typischer­weise dem Problem, dass ihre Material­struktur auf Nano­ebene eine hohe Zahl an Defekten auf­weist und in diesem Sinne keinen hohen Rein­heits­grad besitzt. „Dass diese Perowskite trotz­dem einen so hohen Wirkungs­grad erbringen, ist das Spannende daran: Sie müssen eine sehr hohe Defekt­tole­ranz besitzen, so dass vor­handene Defekte wenig aus­machen“, erläutert Schmidt-Mende und zählt die ent­schei­denden Forschungs­fragen auf: „Was macht diese Perowskite zu solch einem besonderen Material? Wieso funktio­nieren sie so gut, trotz aller Defekte? Wie können sie noch ver­bessert werden? Gibt es andere Materi­alien, die nach ähnlichem Prinzip funktio­nieren? Das werden Schlüssel­fragen sein, mit denen sich das Schwer­punkt­pro­gramm in den nächsten Jahren beschäf­tigen wird.“

Die Perowskit-Forschung zählt zu den aktuell besonders stark wach­senden Bereichen der Material­wissen­schaft. „Die Idee des Schwer­punkt­pro­grammes ist, ein starkes Netz­werk zu schaffen, das die Forschung weiter voran­bringt, als wenn ein­zelne Gruppen jeweils für sich arbeiten“, so Schmidt-Mende. Das Schwer­punkt­pro­gramm ist grund­sätz­lich inter­diszi­plinär auf­ge­stellt und hat seinen Kern in den Fach­bereichen Physik und Chemie. Die Aus­wahl der konkreten Teil­projekte, die im Rahmen des Schwer­punkt­pro­grammes gefördert werden, wird voraus­sicht­lich bis Anfang 2019 erfolgen.

U. Konstanz / RK