Perowskit-Perowskit-Tandemsolarzellen sind ein vielversprechender Ansatz um den Ausbau der Photovoltaik (PV) im Multi-Terawatt-Ma\u00c3\u0178stab nachhaltig bew\u00c3\u00a4ltigen zu k\u00c3\u00b6nnen. Das hohe Effizienzpotenzial von Tandemsolarzellen bis zu 45% im Vergleich von 29,4% f\u00c3\u00bcr einfache Siliziumsolarzellen erm\u00c3\u00b6glicht es, den Ressourcen- und Energieverbrauch f\u00c3\u00bcr die Herstellung von PV-Systemen deutlich zu reduzieren. Dies ist angesichts des zur Bek\u00c3\u00a4mpfung der Erderw\u00c3\u00a4rmung n\u00c3\u00b6tigen massiven Ausbaus der Photovoltaik von entscheidender Bedeutung. Der geringere Materialeinsatz von D\u00c3\u00bcnnschicht-Perowskitsolarzellen verringert den Ressourcen- und Energieverbrauch weiter.<\/p>\n
Eine gro\u00c3\u0178e Herausforderung von Perowskit-Tandemsolarzellen ist jedoch noch die Langzeitstabilit\u00c3\u00a4t. Unter anderem durch die Migration von Metallionen aus der R\u00c3\u00bcckelektrode 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\u00c3\u00bcber den bisher verwendeten Metallelektroden sind: gr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178ere Langzeitstabilit\u00c3\u00a4t, potenziell ressourcenschonender, wenn biogene Quellen f\u00c3\u00bcr den Kohlenstoff genutzt werden und einfachere Prozesse mit geringerem Energieverbrauch und damit kosteng\u00c3\u00bcnstigere 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\u00c3\u00a4t vergleichen zu k\u00c3\u00b6nnen, werden Alterungsstudien durchgef\u00c3\u00bchrt.<\/p>\n
Eine zentrale Herausforderung bei der Verwendung von Kohlenstoffelektroden ist der reduzierte Wirkungsgrad der Zellen, aufgrund von erh\u00c3\u00b6hter nicht strahlender Ladungstr\u00c3\u00a4gerrekombination und parasit\u00c3\u00a4rer Lichtabsorption durch die Kohlenstoffelektrode. Wegen fehlender R\u00c3\u00bcckreflexion an der Graphitelektrode durchl\u00c3\u00a4uft das Licht den Absorber nur einmal und dadurch wird vor allem das langwellige Licht nicht komplett im Perowskit absorbiert. Dies f\u00c3\u00bchrt 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\u00c3\u00b6hen und gleichzeitig Oberfl\u00c3\u00a4chenrekombination reduzieren. M\u00c3\u00b6gliche Ans\u00c3\u00a4tze sind reflektierende, aber leitf\u00c3\u00a4hige 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\u00c3\u00bccksichtigt. Die optischen Anpassungen werden zun\u00c3\u00a4chst an Teilzellen getestet und dann in die komplette Tandemsolarzelle \u00c3\u00bcberf\u00c3\u00bchrt<\/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\u00c3\u00bcr solche Tandemsolarzellen? Mit welchen optischen Strukturen l\u00c3\u00a4sst sich die Absorption in der Unterzelle erh\u00c3\u00b6hen? Welche Passivierungsma\u00c3\u0178nahmen sind an der Grenzfl\u00c3\u00a4che zur Graphitelektrode erforderlich?<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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