Forscher aus Dresden, Lund und Nowosibirsk entwickelt neue Analysemodelle

Dresden/Lund/Nowosibirsk, 8. Juni 2021. Um die Energieausbeute neuer Perowskit-Solarzellen weiter in die Höhe zu treiben, haben Forschergruppen aus Sachsen, Schweden und Russland gemeinsam ein neues Analysemodell für eben diese Metall-Halogene (Perowskite) entwickelt. Das hat das „Zentrum für fortgeschrittene Elektronik Dresden“ (CFAED) mitgeteilt, das gemeinsam mit der Russischen Akademie der Wissenschaften in Nowosibirsk und der Uni Lund in Schweden an der Studie mitwirkte. Die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen sind zuversichtlich, dass ihr Ansatz zu „noch effizienteren photovoltaischen Bauelementen führen“ wird, so CFAED-Forscherin Prof. Yana Vaynzof vom Lehrstuhl für „Neuartige Elektronik-Technologien“ an der TU Dresden.

Ur-Perowskit ist schon seit 1838 bekannt

Perowskite sind an für sich ein „alter Hut“ und bereits seit dem 19. Jahrhundert bekannt. Zunächst als natürliches Mineral entdeckt, erkannten Forscher bald, dass es eine Vielzahl möglicher Moleküle gibt, die sich zu einer Kristallstruktur mit besonderen elektrischen Eigenschaften zusammenfinden. Seit einigen Jahren gibt es vielversprechende Versuche, aus bestimmten Perowskiten Solarzellen zu bauen, die weit effizienter als klassische Silizium-Solarzellen arbeiten. Im Labor erzielten solche Zellen inzwischen Energieausbeuten von über 29 Prozent. Bis zu einer Massenproduktion mit solchen Effizienz-Klassen ist es allerdings wahrscheinlich noch ein weiter Weg. Zudem enthalten viele dieser Zellen das giftige Schwermetall Blei, das behindert ebenfalls einen Marktdurchbruch.

Kristalle liefern nach Laserbeschuss ihren Fingerabdruck

Um diese besonderen Kristalle besser zu verstehen, hatte das trinationale Team eine Blei-Halogen-Verbindung näher unter die Lupe genommen. Um deren elektronische Eigenschaften besser zu verstehen, regten sie diese Perowskite mit verschiedenen Laserimpulsen an und maßen dann aus, welche Lichtteilchen das so angeregte Material daraufhin selbst aussandte. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf die optoelektrischen Vorgänge in der Probe ableiten. Daraus lässt sich eine Art „photonischer Fingerabdruck“ des untersuchten Perowskits visualisieren, dessen Form in den internationalen Experimenten immer wieder dem Kopf und der Mähne eines Pferdes ähnelte.

Physiker Scheblykin: „Wir erwarten eine Vielzahl neuer Entdeckungen“

Um die Form dieser „Perowskit-Pferde“ zu erklären, reichen herkömmliche Theorien aber nicht aus, wie die Teams rasch feststellten. Die Forscherinnen und Forscher haben daher nun eine neue, komplexere Theorie für die Photophysik von Metallhalogenid-Perowskiten entwickelt, die sie nun in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ vorgestellt haben. Und das neue Modell lasse sich auch auf viele andere Halbleiter-Materialien anwenden, betont Prof. Ivan Scheblykin von der Uni Lund hinzu: „Wir erwarten eine Vielzahl neuer Entdeckungen von faszinierender Photophysik in neuartigen Halbleitern.“

Autor: Heiko Weckbrodt

Quellen: CFAED, TUD, IWR, Wikipedia

Wissenschaftliche Publikation:

Alexander Kiligaridis, Pavel Frantsuzov, Aymen Yangui, Sudipta Seth, Jun Li, Qingzhi An, Yana Vaynzof und Ivan G. Scheblykin: „Are Shockley-Read-Hall and ABC models valid for lead halide perovskites?”, Nature Communications 12, Artikelnummer: 3329 (2021), DOI: 10.1038/s41467-021-23275-w

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