Inhaltszusammenfassung

Eine der vielversprechendsten Photovoltaik-Technologien der nächsten Generation ist die Solarzelle auf Perowskit-Basis. In den letzten 7 Jahren konnte ihr zertifizierter Wirkungsgrad auf unvergleichliche Weise gesteigert werden. Als relativ junge Technologie sind jedoch verschiedene Prozesse auf der Nanoskala an den Grenzflächen der dünnen Schichten innerhalb der Perowskit-Solarzelle nicht vollständig verstanden. Das bedeutendste Beispiel hierbei ist die Hysterese in den Strom-Spannungs-Kenn...Eine der vielversprechendsten Photovoltaik-Technologien der nächsten Generation ist die Solarzelle auf Perowskit-Basis. In den letzten 7 Jahren konnte ihr zertifizierter Wirkungsgrad auf unvergleichliche Weise gesteigert werden. Als relativ junge Technologie sind jedoch verschiedene Prozesse auf der Nanoskala an den Grenzflächen der dünnen Schichten innerhalb der Perowskit-Solarzelle nicht vollständig verstanden. Das bedeutendste Beispiel hierbei ist die Hysterese in den Strom-Spannungs-Kennlinien. Durch Anlegen einer externen Spannung oder durch einfaches Beleuchten der Solarzelle über ein Zeitintervall kann der Zustand einer Zelle so geändert werden, dass die Effizienz der Ladungsextraktion danach über mehrere Sekunden erhöht oder verringert wird. Vorschläge über die zugrunde liegenden Prozesse sind unter anderem bewegliche Ionen innerhalb der Perowskitschicht oder gespeicherte Ladungen an den Grenzflächen. Beide Prozesse haben gemeinsam, dass sie das elektrische Feld innerhalb der Zelle verändern und dadurch die Dynamik des Ladungsaustauschs an den Grenzflächen beeinflussen. Mit der Kelvinsonden-Kraftmikroskopie konnte ich die Verteilung der Kontaktpotentialdifferenz im Nanometerbereich über den Querschnitt für verschiedene Perowskit-Solarzellentypen abbilden. Aus der Kontaktpotentialdifferenz konnte ich die interne Potentialverteilung bestimmen, sowie das elektrische Feld und die korrelierte Ladungsverteilung berechnen. Bei gleichzeitigem Kontaktieren der Elektroden mit einer externen Spannungsquelle und der Beleuchtung mit einer Weißlichtquelle konnten sowohl der Gleichgewichtszustand der Zellen als auch die Änderungen unter verschiedenen Betriebsbedingungen untersucht werden. Durch kontinuierliches Messen über dieselbe definierte Linie auf dem Zellenquerschnitt wurden Änderungen der Kontaktpotentialdifferenz unter Stimulation der Solarzelle in Abhängigkeit der Zeit gemessen (Licht ein/aus, externe Vorspannung usw.). Ich beobachtete, dass in Perowskit-Solarzellen ein p-i-n-Übergang besteht. An den Grenzflächen der Perowskitschicht kann im Gleichgewicht durch eine Verschiebung von beweglichen Ionen und mobilen Ladungen eine Bänderverbiegung auftreten. Eine beim Herstellungsprozess unbeabsichtigte spontane Selbstdotierung der Perowskitschicht bestimmt dabei das Verhältnis der Bandverbiegung an den beiden Grenzflächen der Perowskitschicht. Da diese Verbiegung der Bänder die Ladungsextraktion beeinflusst, trat in den meisten Zellen eine ungleiche Rekombination von Ladungsträgern an den jeweiligen Grenzflächen auf, die zu einer höheren Dichte von Löchern innerhalb der Perowskitschicht unter Betriebsbedingungen führte. Mit der zeitabhängigen Analyse der dynamischen Prozesse konnte ich zwischen elektronen- und ionenbasierten Prozessen unterscheiden. Durch den Vergleich der Zeitkonstanten aus den Änderungen des gemessenen Stroms mit den Änderungen der Potentialverteilung konnte die Verschiebung der Ionen direkt mit der Hysterese in den IV-Eigenschaften in Verbindung gebracht werden. Meine Arbeit gibt einen Überblick über die Verteilung des elektrischen Potentials innerhalb verschiedener Perowskit-Solarzellen und die verschiedenen Prozesse, die diese beeinflussen können. Diese Prozesse können sich direkt auf die Betriebsbedingungen und die Vorschaltungszustände einer Zelle auswirken. Mit den Erkenntnissen aus meiner Arbeit können nun interne Prozesse besser zugeordnet werden und Zellen auf Grund ihres Ansprechverhaltens kategorisiert werden.» weiterlesen» einklappen

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DDC Sachgruppe:
Physik