Forschung & Entwicklung

Selbstorganisierte Monolagen für Perowskitsolarzellen

Ein Verfahren, bei dem sich Moleküle selbstorganisierend anordnen und eine Monolage bilden, eignet sich für die Herstellung effizienter Kontaktschichten in Perowskitsolarzellen.

In den letzten Jahren konnten Solarzellen auf der Basis von Metall-Halid-Perowskiten einen deutlichen Anstieg im Wirkungsgrad erzielen. Diese Materialien versprechen kostengünstige und flexible Solarzellen und können mit konventionellen PV-Materialien wie Silizium zu besonders effizienten Tandemsolarzellen kombiniert werden. Ein wichtiger Schritt zur Industriereife ist die Entwicklung effizienter elektrischer Kontaktschichten, welche die Abscheidung von Perowskitschichten auf unterschiedlichen Substraten erlauben.

Nun hat ein Team um den Physiker Dr. Steve Albrecht vom Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) in Zusammenarbeit mit Artiom Magomedov von der litauischen Kaunas University of Technology (KTU) ein neuartiges selbstorganisierendes Monolagen-Molekül (engl. self-assembled monolayer, SAM) synthetisiert und erfolgreich als lochleitende Schicht in Perowskitsolarzellen eingesetzt. Das Molekül ist Carbazol-basiert und bindet sich durch eine Phosphonsäure-Gruppe an das Oxid der transparenten Elektrode. Dabei organisiert sich dieses Molekül selbstständig an der Elektrodenoberfläche, bis eine geschlossene Monolage entsteht. Diese ultradünne Schicht zeigt keine optischen Verluste und könnte durch die Selbstorganisation konform alle Oberflächen bedecken, also auch texturiertes Silizium in Tandemarchitekturen.

Mit dieser Technik erreicht man einen äußerst geringen Materialverbrauch und die chemische Struktur der SAMs kann je nach Anwendungsgebiet angepasst werden. Damit könnten die SAMs auch als Modellsystem für zukünftige Untersuchungen der Grenzflächeneigenschaften oder des Perowskitwachstums dienen.

Die Arbeiten fanden am HySPRINT-Labor des HZB statt, wo die Gruppe um Albrecht nun an einer neuen Generation von selbstorganisierenden Molekülen für Kontaktschichten forscht, mit denen die Solarzellen nunmehr Wirkungsgrade von über 21 % erreichen.

Da dieser Ansatz für Perowskitsolarzellen noch nie vorher in Betracht gezogen wurde und potenziell für die industrielle Implementierung eine Rolle spielen kann, haben die Teams vom HZB und der KTU das Molekül und die Anwendung zur Patentanmeldung eingereicht.

von mn

Originalveröffentlichung:

[A. Magomedov, A. Al‐Ashouri, E. Kasparavičius, S. Strazdaite, G. Niaura, M. Jošt, T. Malinauskas, S. Albrecht, V. Getautis, Self‐Assembled Hole Transporting Monolayer for Highly Efficient Perovskite Solar Cells, Adv. Energy Mater. 32 (2018), DOI: 10.1002/aenm.201870139]

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