Um dem fortschreitenden menschengemachten Klimawandel zu begegnen, muss die massenhafte Freisetzung von Treibhausgasen schnellstm\u00f6glich reduziert werden. Im Hinblick auf den Energiesektor bieten Solarzellen die herausragende Gelegenheit solare Strahlungsenergie direkt und emissionsfrei in elektrische Energie umzuwandeln. Allerdings ist die Herstellung von Solarzellen, welche derzeit meist auf einkristallinen Siliziumwafern basieren, selbst sehr energieintensiv. Perowskit-D\u00fcnnschichtsolarzellen bieten die Perspektive zu einer deutlichen Senkung des Herstellaufwands, weil l\u00f6sungsbasierte Methoden bei niedrigen Temperaturen mit Ausgangsmaterialien moderater Reinheit verwendet werden k\u00f6nnen. Aufgrund einer einzigartigen Kombination vieler vorteiliger Eigenschaften von Metall-Halogenid-Perowskiten (MHP) kann die Herstellung ohne Einbu\u00dfen in der Effizienz vonstattengehen.<\/p>\n
F\u00fcr die wissensbasierte Weiterentwicklung dieser als Schichtsystem aufgebauten Solarzellen ist ein tiefgehendes Verst\u00e4ndnis der elektronischen Eigenschaften, insbesondere an den Grenzfl\u00e4chen, von h\u00f6chster Wichtigkeit. Die Energieniveauanordnung bestimmt ma\u00dfgeblich das Verhalten von Ladungstr\u00e4gern, die in der MHP-Schicht erzeugt und durch Kontaktschichten aus organischen Halbleitern selektiv extrahiert werden.<\/p>\n
Die Methode der Wahl zur Untersuchung der Energieniveauanordnung ist die Photoelektronenspektroskopie (PES), mithilfe derer die Bandstruktur besetzter elektronischer Zust\u00e4nde und insbesondere die Austrittsarbeit und Ionisationsenergie experimentell bestimmt werden k\u00f6nnen. Um die elektronischen Eigenschaften an einer Grenzfl\u00e4che zu erfassen, wird das Kontaktmaterial in Schritten einzelner Nanometer im Wechsel mit PES-Messungen auf das Substrat aufgebracht und die Entwicklungen im Spektrum der emittierten Elektronen als Indikator diverser Grenzfl\u00e4chenph\u00e4nomene verwendet. Hierbei ergibt sich jedoch zu Beginn der Messreihe eine Grenzfl\u00e4che zwischen der zu untersuchenden MHP-Oberfl\u00e4che (Substrat) und dem umgebenden Vakuum, welche in einer Solarzelle, in der der MHP stets in direktem Kontakt mit Extraktionsschichten ist, nicht existiert. Der Einfluss dieses Umstands auf die experimentellen Ergebnisse wurde bisher kaum beachtet und noch nicht systematisch untersucht.<\/p>\n
In dieser Forschungsarbeit wird daher eine in einem modellhaften System eingebettete MHP-Schicht studiert. Dazu wird auf den MHP eine atomar d\u00fcnne Monolage hexagonalen Bornitrids (h-BN) aufgebracht. So wird eine Van-der-Waals-Grenzfl\u00e4che realisiert, welche wegen der 6 eV gro\u00dfen Bandl\u00fccke von h-BN eine weitgehend ungest\u00f6rte PES-Messung der MHP-Valenzzust\u00e4nde zul\u00e4sst.<\/p>\n
Zun\u00e4chst werden Einkristalle des weithin erforschten MHP Methylammoniumbleiiodid (MAPI) verwendet, um danach Multi-Kationen-MHPs in D\u00fcnnschichten verl\u00e4sslich untersuchen zu k\u00f6nnen. Eine gro\u00dfe Herausforderung der Arbeit ist die Entwicklung eines geeigneten Transferverfahrens der h-BN-Monolage, welches wegen der Sensitivit\u00e4t der MHPs ohne den Einsatz von L\u00f6sungsmitteln und hohen Temperaturen gestaltet werden sollte. Zu Projektstart erscheint ein trockener Transfer von h-BN mithilfe eines Silikonstempels, welcher in der Literatur f\u00fcr andere Substrate bereits demonstriert wurde, am aussichtsreichsten. Um eine direkte Korrespondenz zu Solarzellen herzustellen, wird das Verfahren danach auf MHP-D\u00fcnnschichten \u00fcbertragen, wof\u00fcr das Transferverfahren voraussichtlich aufgrund der verringerten Kontaktfl\u00e4che zwischen D\u00fcnnschicht und h-BN modifiziert werden muss.<\/p>\n
Meine Arbeit wird eine wichtige Erkenntnisl\u00fccke schlie\u00dfen, die – je nach Ausgang der Untersuchungen – entweder das wissenschaftliche Verst\u00e4ndnis der elektronischen Eigenschaften von MHPs und deren Grenzfl\u00e4chen auf ein sicheres Fundament stellt oder eine neue Untersuchungsmethodik einf\u00fchrt, die weitere offene Fragen zu beantworten vermag. In jedem Fall wird ein entscheidender Beitrag geleistet, um die Realisierung hocheffizienter MHP-basierter Solarzellen rascher zu erm\u00f6glichen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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