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Ferroelektrische Nanostrukturen in den Licht absorbierenden Schichten
Perowskit-Solarzellen zählen zu den meistversprechenden Photovoltaik-Technologien. Die Forschung an Perowskit-Solarzellen steht allerdings noch vor zwei Herausforderungen: die Licht absorbierenden Schichten robuster gegen Umwelteinflüsse zu machen und das darin enthaltene Schwermetall Blei durch umweltfreundlichere Elemente zu ersetzen. Dazu bedarf es tieferer Einblicke in die physikalischen Mechanismen.
Ein multidisziplinäres Team von Forschern des KIT um Dr. Alexander Colsmann, Leiter der Arbeitsgruppe Organische Photovoltaik am Lichttechnischen Institut (LTI) und am Materialwissenschaftlichen Zentrum für Energiesysteme (MZE), hat Perowskit-Solarzellen mithilfe einer besonderen Mikroskopietechnik vermessen und dabei in den Licht absorbierenden Schichten ferroelektrische Nanostrukturen nachgewiesen.

Alternierende elektrische Polarisation im Material
Die Wissenschaftler beobachteten, dass der Bleihalogenid-Perowskit während der Entstehung dünner Schichten rund 100 Nanometer breite streifenförmige ferroelektrische Domänen mit sich abwechselnden elektrischen Feldern bildet. Diese alternierende elektrische Polarisation im Material könnte eine entscheidende Rolle beim Transport der photogenerierten Ladungen aus der Solarzelle heraus spielen und somit die besonderen Eigenschaften der Perowskite in der Photovoltaik erklären.
„Die ferroelektrischen Strukturen in der Größe von wenigen zehn Nanometern könnten nahezu perfekt getrennte Transportpfade für Ladungen in der Solarzelle bilden“, erklärt Alexander Colsmann. Nach derartigen Strukturen suchen Forscher schon seit Jahren, um den Wirkungsgrad von Solarzellen zu verbessern.

Ferroelektrische Strukturen können von selbst entstehen
„In Perowskit-Solarzellen entstehen diese Strukturen unter gewissen Bedingungen offensichtlich von selbst“, sagt Professor Michael J. Hoffmann, Leiter des Instituts für Angewandte Materialien – Keramische Werkstoffe und Technologien (IAM-KWT) des KIT. Er kennt ähnliche ferroelektrische Strukturen aus der Keramikforschung.
Theoretische Arbeiten anderer Forscher hatten diese vorteilhaften Nanostrukturen bereits vorhergesagt. Bisher war der Nachweis jedoch ausgeblieben. Die Wissenschaftler des KIT untersuchten die Ferroelektrizität von Bleihalogenid-Perowskiten im Rahmen des von der Baden-Württemberg Stiftung finanzierten Projekts „NanoSolar“. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Zeitschrift Energy & Environmental Science.
 
13.04.2017 | Quelle: KIT | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH