Was geschieht an SAM-Passivierungsschichten von Perowskit-Solarzellen?
Neue Analysemethode erleichtert das Design idealer ladungsselektiver Kontakte.
Metallorganische Perowskit-Materialien versprechen kostengünstige und leistungsstarke Solarzellen. Einer Forschungsgruppe am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie ist es jetzt gelungen, verschiedene Effekte genauer zu unterscheiden, die an einer SAM-Passivierungsschicht auftreten und die Verluste an den Grenzflächen verringern. Die Ergebnisse tragen dazu bei, solche funktionalen Zwischenschichten zu optimieren.
Verluste treten in allen Solarzellen auf. Eine Ursache ist die Rekombination von Ladungsträgern an den Grenzflächen. Zwischenschichten an solchen Grenzflächen können diese Verluste durch Passivierung verringern. Besonders gut für die Passivierung von Perowskit-Halbleiteroberflächen eignen sich selbstorganisierte Monolagen, kurz SAMs, aus organischen Molekülen mit einem Carbazol-Kern. Das hat ein Team um Steve Albrecht vom HZB bereits gezeigt und damit eine Silizium-Perowskit-Tandemsolarzelle mit einem Wirkungsgrad von über 29 Prozent entwickelt.
Jetzt hat ein Team um Igal Levine erstmals die Ladungsträgerdynamik an der Perowskit-SAM-modifizierten ITO-Grenzfläche genauer analysiert. Aus zeitaufgelösten Messungen der Oberflächenphotospannung konnten die Wissenschaftler mit Hilfe eines kinetischen Modells die Dichte von Elektronenfallen an der Grenzfläche sowie die Lochtransferraten extrahieren. Ergänzende Informationen lieferte die Messung der zeitaufgelösten Photolumineszenz.
„Wir konnten Unterschiede in der Passivierungsqualität, der Selektivität und den Lochtransferraten in Abhängigkeit von der Struktur des SAMs feststellen“, erklärt Levine. „Wir haben gezeigt, dass wir damit eine relativ einfache Technik zur Verfügung haben, um die Ladungsextraktion an vergrabenen Grenzflächen zu quantifizieren.“ Das könnte das Design idealer ladungsselektiver Kontakte künftig erheblich erleichtern.
HZB / RK
Weitere Infos
- Originalveröffentlichung
I. Levine et al.: Charge transfer rates and electron trapping at buried interfaces of perovskite solar cells, Joule, online 18. August 2021; DOI: 10.1016/j.joule.2021.07.016 - Institut Silizium-Photovoltaik, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH, Berlin
