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Perowskit-basierte Tandemsolarzellen

Perowskit-Perowskit-Tandemsolarzellen versprechen hohe Wirkungsgrade und niedrige Kosten bei geringen Ressourcenverbrauch. Der Tandemaufbau mit zwei Solarzellen mit jeweils unterschiedlichen Bandlücken ermöglicht Wirkungsgrade jenseits der fundamentalen Grenze des strahlenden Limits von Solarzellen mit nur einem Absorbermaterial wie z.B. Silizium. Perowskit-Perowskit-Tandemsolarzellen haben dementsprechend mittlerweile die Rekordwerte von Perowskit-Einzelsolarzellen übertroffen und liegen nahe an den Rekordwerten von Silizium-Einzelsolarzellen.

Trotz der raschen Fortschritte stehen Perowskit-Perowskit-Tandemsolarzellen noch vor einigen Herausforderungen: (i) Die Stabilität der Absorber (ii) Grenzflächenrekombination (iii) Optische Verluste.

Hieraus ergeben sich mehrere physikalische Fragestellungen, die in der AG untersucht werden. Zum einen ist ein genaues Verständnis der Ladungsträgerextraktion durch ladungsträgerselektive Kontakte von Interesse, und hier insbesondere die Prozesse an den Grenzflächen zwischen Absorbern und den Kontakten und an der Zwischenschicht, über welche die zwei Teilzellen miteinander verbunden sind.

Zum anderen ist ein Verständnis der Prozesse wichtig, welche die Stabilität von Perowskitsolarzellen begrenzen. Hier können unterschiedlichste Degradationsprozesse auftreten, die von Phasenseparation durch Beleuchtung bis zu Ionendiffusionsprozessen reichen. Schließlich sind auch die optischen Eigenschaften der Solarzellen relevant. Der komplexe Brechungsindex, Schichtdicken und mögliche Strukturierung bestimmen, wieviel des einfallenden Sonnenlichts schließlich in der Solarzelle absorbiert wird und freie Ladungsträger erzeugt. Auch hier besteht noch weiterer Forschungs- und Optimierungsbedarf.