KIT liefert Nachweis für Nanostreifen in Perowskite-Solarzellen

Die streifenförmigen Nanostrukturen in Perowskit-Solarzellen lassen sich mithilfe einer Form der Rasterkraftmikroskopie nachweisen. Abbildung: Holger Röhm, Tobias Leonhard/KIT

Den Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) ist es erstmals gelungen, den Nachweis für Nanostrukturen in Perowskite-Solarzellen zu liefern, um den Wirkungsgrad von Solarzellen zu verbessern. Solarzellen aus Perowskiten wandelten bis zu 20 Prozent der absorbierten Solarenergie in elektrische Energie um. Die Forscher haben bei der Untersuchung der physikalischen Mechanismen der Zellen, streifenförmige Nanostrukturen mit sich abwechselnden elektrischen Feldern in den Perowskite-Schichten nachgewiesen. Diese könnten als Transportpfade für Ladungen dienen, wie die Forscher im Journal Energy & Environmental Science berichten.

Die im Rahmen des von der Baden-Württemberg Stiftung finanzierten Projekts „NanoSolar“ verwendeten Perowskiten sind metallorganische Verbindungen mit spezieller Kristallstruktur und hervorragenden photovoltaischen Eigenschaften. Ziel des multidisziplinären KIT-Teams um Alexander Colsmann sei es, die lichtabsorbierenden Schichten der Solarzellen robuster gegen Umwelteinflüsse zu machen und das darin enthaltene Blei durch umweltfreundlichere Elemente zu ersetzen. Die Forscher haben hierfür die Solarzellen mit einer besonderen Rasterkraft-Mikroskopietechnik vermessen und dabei in den lichtabsorbierenden Schichten ferroelektrische Nanostrukturen nachgewiesen, wie das Forschungsinstitut am Mittwoch mitteilte.

Dem KIT zufolge bedeute Ferroelektrizität, dass Kristalle eine elektrische Polarisation besitzen und dabei Bereiche mit gleicher Polarisationsrichtung, so genannte Domänen, bilden. Die Wissenschaftler hätten nun beobachtet, dass der Bleihalogenid-Perowskite während der Entstehung dünner Schichten rund 100 Nanometer breite streifenförmige ferroelektrische Domänen mit sich abwechselnden elektrischen Feldern bildet. Diese könnten eine entscheidende Rolle beim Transport der photogenerierten Ladungen aus der Solarzelle heraus spielen und somit die besonderen Eigenschaften der Perowskiten in der Photovoltaik erklären, wie die Forscher weiter berichten. Theoretische Arbeiten anderer Forscher hätten diese Nanostrukturen zuvor bereits vorhergesagt, konnten dies jedoch nicht belegen.