Perowskite sind eine neue Klasse von kostengünstigen Halbleitern, die das Potenzial haben, auf höchst effiziente Weise Strom zu erzeugen. Perowskit-Dünnschichten stellen Forscher her, indem sie eine flüssige Lösung durch eine spezielle Trocknung in einen Festkörper überführen. Die derzeitigen Kristallisationsmethoden für diesen flüssig-zu-fest-Phasenübergang führen jedoch häufig zu einem unkontrollierten Wachstum des Films. Dieser sieht dann nicht etwa homogen aus, sondern setzt sich – ähnlich wie ein Mosaik – aus vielen schollenartigen Körnern unterschiedlicher Größe zusammen. An den Grenzen dieser Schollen beziehungsweise Körner kommt es häufig zu unerwünschten Effekten, wie das Eindringen von Wasser aus der Atmosphäre. Der Mangel an hochwertigen Materialien mit großen, kontrollierten Körnern behindert die Entwicklung von lösungsbasierten Halbleitern.

Vor diesem Hintergrund möchte Michael Saliba in seinem Projekt LOCAL-HEAT (Controlled Local Heating to Crystallize Solution-based Semiconductors for Next-Generation Solar Cells and Optoelectronics) das Nukleations- und Kristallisationsverhalten von Halbleiterfilmen beim Übergang von der flüssigen zur festen Phase mit Licht steuern. Dieses Licht soll lokal Wärmepakete erzeugen, die letztendlich in kontrollierten Körner und damit Perowskit-Dünnschichten resultieren. Der Europäische Forschungsrat (ERC) unterstützt das Projekt mit einen mit 1,5 Millionen Euro dotierten ERC Starting Grant.

Zwei Erwärmungsmethoden für Perowskit-Dünnschichten

Die lokale Erwärmung will Saliba durch die Entwicklung zweier neuartiger Methoden erreichen. Zum einen mit örtlich genau einstellbaren Laserstrahlen und zum anderen durch die sogenannte thermoplasmonische Erwärmung metallischer Nanoteilchen. Dabei sollen diese als verstärkende Antennen fungieren, um einfallendes Licht lokal in Wärme umzuwandeln.

Die neue Methode soll Perowskit-Solarzellen ermöglichen, die höchste Effizienzen aufweisen und eine Lebensdauer über mehrere Jahrzehnte erreichen. „Damit wird LOCAL-HEAT die Herstellung lösungsbasierter Materialien grundlegend revolutionieren und neue technologische Schlüsselanwendungen in der Optoelektronik und der Medizintechnik ermöglichen“, ist Saliba überzeugt. Der Wissenschaftler denkt dabei neben der Photovoltaik auch an neuartige Leuchtdioden und Detektoren.

11.1.2022 | Quelle: Universität Stuttgart | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH