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StaPeLu

Stabilitätsuntersuchungen von Perowskit-Solarzellen mittels Photo-Lumineszenz-Mikroskopie

Kurzbeschreibung

Perowskit-Solarzellen lassen sich im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Solarzellen nicht nur deutlich günstiger herstellen, sondern auch farbig gestalten und auf flexiblen Substraten aufbringen. Damit eröffnen sich vielfältige neue Anwendungsfelder, etwa bei der photovoltaischen Nutzung bestehender Flächen in Gebäuden und Fahrzeugen. Ein entscheidender Nachteil der Perowskit-Solarzellen ist die frühzeitige Alterung der Perowskit-Halbleiter, ausgelöst durch Umwelteinflüsse. Im Projekt StaPeLu werden Methoden zur Erhöhung der Stabilität der Perowskit-Solarzellen entwickelt.

Projektinfos

Projektlaufzeit

01.04.2021 bis 31.03.2023

Förderlinie

Hintergrund

Metall-Halogenid-Perowskite sind salzartige Verbindungshalbleiter. Sauerstoff, Wasser, Wärme und Licht können diese Verbindungen schwächen und die Effizienz der Solarzelle reduzieren. Für die Kommerzialisierung sind stabile Perowskit-Solarzellen unerlässlich.

Herangehensweise

Für eine verbesserte Langzeit-Stabilität werden die Perowskit-Solarzellen beim Projektpartner BHT durch Verkapselungen vor äußeren Einflüssen geschützt und unter Stressbedingungen getestet. Bei Temperaturen bis 150 Grad, Feuchtigkeiten bis 100 Prozent sowie Lichtbestrahlung werden die verkapselten Solarzellen mittels makroskopisch bildgebender Photo- und Elektro-Lumineszenz evaluiert. Langzeit-Studien an Solarzellen im Außenbereich schließen sich an.

Vielversprechend ist eine Verkapselungsvariante, bei der die Solarzellen mit verschiedenen Polyolefin-Elastomeren zwischen zwei Glasscheiben geklebt und die Ränder mit Butylkautschuk versiegelt werden (Abbildungen 1 und 2). Schädigungen des Perowskits aufgrund des Laminierungsprozesses oder der applizierten Stressbedingungen werden detailliert beim Projektpartner HTW Berlin mit mikro-spektroskopischen Methoden unter die Lupe genommen, um die Mechanismen der Degradation aufzudecken. Spezielle opto-elektronische Veränderungen können beim Projektpartner Becker&Hickl GmbH mit der Fluoreszenz-Lebensdauer-Mikroskopie bestimmt werden.

Zur Erhöhung der Perowskit-Resilienz gegen Feuchtigkeit, Sauerstoff, Wärme und Licht werden beim Projektpartner Helmholtz-Zentrum Berlin die Perowskite modifiziert und nanometerdünne Pufferschichten aufgetragen. Mit einem In-situ-Verfahren des Projektpartners HTW Berlin (Abbildung 3) können unter kontrollierten Umgebungsbedingungen Rückschlüsse über anfängliche Zersetzungsprozesse und Funktionsweisen der Passivierungen gezogen werden.

Ziel

Die Projekt-Partner demonstrieren mit bildgebenden Analyseverfahren Maßnahmen zur Stabilitätsverbesserung von Perowskit-Solarzellen. Das Verständnis der Degradationsprozesse und die Entwicklung geeigneter Verkapselungsstrategien sowie Materialverbesserungen soll zur Entwicklung langzeitstabiler Perowskit-Solarzellen beitragen; ein entscheidender Schritt in Richtung Kommerzialisierung der Perowskit-Photovoltaik.

Abbildung 1: Verkapselte Perowskit-Solarzelle
Abbildung 2: Schematische Seitenansicht einer Perowskit-Solarzelle
Abbildung 3: In-situ-Messvorrichtung für Lumineszenz-Mikroskopische Messungen an Perowskit-Degradationen