Energieumwandlung über den photovoltaischen Effekt ist ein wesentlicher Faktor zur Verringerung anthropogener Veränderungen bei gleichzeitiger Erhaltung bestehender Lebensqualitäten. Die ökologischen und wirtschaftlichen Kosten im Zusammenhang mit der Stromerzeugung durch Solarmodule konnten in den letzten Jahren durch rapide technologische Innovationen und steigende Produktionskapazitäten drastisch gesenkt werden. Diese Entwicklung steigert jedoch auch das Risiko und Schadenspotential durch Stabilitätsprobleme. Die vorliegende Dissertation konzentriert sich auf Degradationsprozesse in modernen Silizium-Solarzellen sowie auf die Rekombinationsdynamik in Metallhalogenid-Perowskiten.
Degradation durch Licht und erhöhte Temperaturen kann bei Modulen auf Siliziumbasis zu erheblichen Leistungseinbußen führen. Gallium als Dotieratom zu nutzen, verspricht ein geringeres Ausmaß der Alterung. Diese Verminderung der Degradation wird in dieser Arbeit durch den besonders ausgeprägten Prozess der temporären Erholung erklärt. Eine präzise Parametrisierung der einzelnen Übergänge schafft die Grundlage für beschleunigte Belastungstests sowie für die Modellierung der Feldleistung von Modulen. Solarzellen aus industrieller Fertigung werden auf ihre Stabilität gegenüber Licht und Wärme sowie UV-Bestrahlung untersucht. Die Zellen bleiben unter Licht- und Wärmebehandlung stabil. Strategien zur Vermeidung werden also erfolgreich von der Industrie angewandt. Die UV-Bestrahlung hingegen führt zu einem erheblichen Leistungsabfall. Da die UV-Dosis nur einer Zeit von drei bis sechs Jahren im Feld entspricht, stellt UV-induzierte Degradation nun die nächste große Herausforderung für die Stabilität von Siliziumsolarzellen dar.
Für die zukünftige Entwicklung der Photovoltaik sollten die Stabilitätsprobleme von Metallhalogenid-Perowskiten gelöst werden. Als strategisches Instrument zur Erreichung dieses übergeordneten Ziels muss eine zuverlässige Charakterisierung der Rekombinationsdynamik vorhanden sein. Die undotierten Metallhalogenid-Perowskite werden von anliegenden Transportschichten stark beeinflusst. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die effektive Lebensdauer und die Leistung der Solarzelle im stationären Zustand. Es wird eine verbesserte Interpretation der Ladungsträgerrekombination vorgestellt, die über den etablierten null-dimensionalen Ansatz hinausgeht.
Die aus dieser Dissertation gewonnenen Erkenntnisse finden direkte Anwendung in Form von beschleunigten Stresstests und Modellierungen für Silizium-Solarzellen sowie bei der Erarbeitung eines grundlegenden Verständnisses der Defektphysik in Metallhalogenid-Perowskit-Solarzellen.