20.08.2021 • MaterialwissenschaftenEnergie

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.

Abb.: Die SAM-Schicht zwischen dem Perowskit-Halb­leiter und dem ITO-Kontakt...
Abb.: Die SAM-Schicht zwischen dem Perowskit-Halb­leiter und dem ITO-Kontakt besteht aus einer ein­zigen Lage aus orga­nischen Mole­külen. Messungen von Ober­flächen­photo­spannung und Photo­lumi­nes­zenz zeigen, über welche Mecha­nis­men die SAM-Schicht Ver­luste redu­ziert. (Bild: HZB)

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

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