Perowskit-Perowskit-Tandemsolarzellen sind ein vielversprechender Ansatz um den Ausbau der Photovoltaik (PV) im Multi-Terawatt-Ma\u00dfstab nachhaltig bew\u00e4ltigen zu k\u00f6nnen. Das hohe Effizienzpotenzial von Tandemsolarzellen bis zu 45% im Vergleich von 29,4% f\u00fcr einfache Siliziumsolarzellen erm\u00f6glicht es, den Ressourcen- und Energieverbrauch f\u00fcr die Herstellung von PV-Systemen deutlich zu reduzieren. Dies ist angesichts des zur Bek\u00e4mpfung der Erderw\u00e4rmung n\u00f6tigen massiven Ausbaus der Photovoltaik von entscheidender Bedeutung. Der geringere Materialeinsatz von D\u00fcnnschicht-Perowskitsolarzellen verringert den Ressourcen- und Energieverbrauch weiter.<\/p>\n
Eine gro\u00dfe Herausforderung von Perowskit-Tandemsolarzellen ist jedoch noch die Langzeitstabilit\u00e4t. Unter anderem durch die Migration von Metallionen aus der R\u00fcckelektrode in den Perowskitabsorber degradiert die Solarzelle. Zudem ist der Einsatz von seltenen und teuren Materialien wie Gold weder nachhaltig noch skalierbar. Als Alternative wurden in den letzten Jahren Kohlenstoffelektroden erforscht. Ihre Vorteile gegen\u00fcber den bisher verwendeten Metallelektroden sind: gr\u00f6\u00dfere Langzeitstabilit\u00e4t, potenziell ressourcenschonender, wenn biogene Quellen f\u00fcr den Kohlenstoff genutzt werden und einfachere Prozesse mit geringerem Energieverbrauch und damit kosteng\u00fcnstigere Prozessierung.<\/p>\n
In diesem Promotionsvorhaben sollen deshalb in einem ersten Innovationsschritt die Prozesse zur Herstellung von Perowskit-Perowskit-Tandemsolarzellen mit Kohlenstoffelektrode entwickelt werden. Hierzu werden bekannte Konzepte von Perowskit-Perowskit-Tandemsolarzellen mit Metallelektrode und Perowskit-Solarzellen mit Kohlenstoffelektrode kombiniert. Um Zellen mit Metall- und Kohlenstoffelektroden im Hinblick auf deren Langzeitstabilit\u00e4t vergleichen zu k\u00f6nnen, werden Alterungsstudien durchgef\u00fchrt.<\/p>\n
Eine zentrale Herausforderung bei der Verwendung von Kohlenstoffelektroden ist der reduzierte Wirkungsgrad der Zellen, aufgrund von erh\u00f6hter nicht strahlender Ladungstr\u00e4gerrekombination und parasit\u00e4rer Lichtabsorption durch die Kohlenstoffelektrode. Wegen fehlender R\u00fcckreflexion an der Graphitelektrode durchl\u00e4uft das Licht den Absorber nur einmal und dadurch wird vor allem das langwellige Licht nicht komplett im Perowskit absorbiert. Dies f\u00fchrt bei Tandemsolarzellen zu Verlusten in der unteren Subzelle (Unterzelle). Deshalb sollen im zweiten Innovationsschritt optische Strukturen entwickelt werden, welche die Absorption in der Unterzelle erh\u00f6hen und gleichzeitig Oberfl\u00e4chenrekombination reduzieren. M\u00f6gliche Ans\u00e4tze sind reflektierende, aber leitf\u00e4hige Zwischenschichten, Gitterstrukturen oder selektiv streuende Schichten. Hierzu werden Konzepte aus der Literatur weiterentwickelt, komplexe Schichtsysteme und Strukturen simuliert und optimiert und dann die vielversprechendsten durch Schichtabscheidung, Imprint-Prozesse oder Selbstorganisation realisiert. Zudem wird direkt die Vermeidung von Rekombination, zum Beispiel in Form von (strukturierten) 2D-Passivierungsschichten mitber\u00fccksichtigt. Die optischen Anpassungen werden zun\u00e4chst an Teilzellen getestet und dann in die komplette Tandemsolarzelle \u00fcberf\u00fchrt<\/p>\n
Das zusammengefasste Ziel des Promotionsvorhabens ist, eine Perowskit-Perowskit-Tandemsolarzelle mit Kohlenstoffelektrode und verbesserter Optik zu entwickeln. Wichtige Forschungsfragen sind: Welche Solarzellen-Architektur und welcher Schichtstapel eignen sich f\u00fcr solche Tandemsolarzellen? Mit welchen optischen Strukturen l\u00e4sst sich die Absorption in der Unterzelle erh\u00f6hen? Welche Passivierungsma\u00dfnahmen sind an der Grenzfl\u00e4che zur Graphitelektrode erforderlich?<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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