Perowskit-Solarzellen Warum Löcher nicht zu Kurzschlüssen führen

Metallorganische Perowskit-Schichten für Solarzellen weisen meist zahlreiche Löcher auf. Dennoch erzielen sie hohe Wirkungsgrade. Warum solche Löcher kaum zu Kurzschlüssen und Ladungsträgerrekombinationen führen, hat nun ein Forscherteam herausgefunden.

Häufig werden solche metallorganischen Perowskit-Schichten für Solarzellen durch Rotationsschleudern auf industrierelevante Substrate aufgetragen. Die aufgeschleuderten Perowskit-Schichten weisen in der Regel viele Löcher auf und erzielen trotzdem hohe Wirkungsgrade von deutlich über 22 %.

Ein Wissenschaftler-Team am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie hat sich dies zusammen mit einer Forschergruppe der Universität Oxford genauer angesehen.

Schutzschicht bildet sich von selbst

Mit Hilfe von Rasterelektronenmikroskopie haben die Wissenschaftler die Oberfläche morphologisch kartiert. An den Stellen mit Löchern analysierten sie anschließend ortsaufgelöst mit spektromikroskopischen Methoden an BESSY II die chemische Zusammensetzung.

Dadurch konnten sie zeigen, dass selbst in den Löchern das Substrat nicht unbedeckt ist, sondern sich dort quasi als Ergebnis der Abscheidung und Kristallisation eine dünne Schicht ausbildet, die offensichtlich Kurzschlüsse verhindert.

Ein weiteres Forschungsergebnis: die Energiebarriere, die die Ladungsträger überwinden müssten, um bei einem direkten Aufeinandertreffen der Kontaktschichten miteinander zu rekombinieren, ist vergleichsweise hoch.

»Die Elektronen-Transportschicht TiO2 und das Transportmaterial für positive Ladungsträger Spiro-MeOTAD kommen eben nicht direkt in Kontakt. Außerdem ist die Rekombinationsbarriere zwischen den Kontaktschichten ausreichend groß, so dass trotz der vielen Löcher in der Perowskit-Dünnschicht die Verluste in diesen Solarzellen gering sind«, sagt Prof. Marcus Bär, der die Forschergruppe am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie leitet.

Die Vorteile metallorganischer Perowskite

Dünnschichten aus metallorganischen Perowskiten sind preisgünstig und sie lassen sich großflächig herstellen, etwa durch Aufschleudern einer Perowskit-Lösung und anschließendem Ausheizen. Dabei verdampft das Lösungsmittel und das Material kristallisiert aus. Das macht diese Technologie sehr attraktiv.