Hvorfor perovskite solceller er så effektive

Solceller med effektivitet over 20% og produceret til lave omkostninger - perovskitter gør dette muligt. Nu, forskere ved Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har fået grundlæggende indsigt i funktionen af ​​perovskite solceller. De fandt ud af, at bundne tilstande for elektronhulspar kan dannes under lysabsorptionen. Stadig, disse par kan let adskilles for at strøm kan strømme. Ud over, de forbedrer absorptionen. Forskernes arbejde er rapporteret i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver .

Perovskitter er blandt de mest lovende materialer til solceller:Når du bruger dem, den høje effektivitet kan kombineres med billig produktion. Fotovoltaikforskning fokuserer på halogenidperovskitter, der indeholder både organiske og uorganiske forbindelser og, derfor, betragtes som hybrid halvledere. "På mindre end et årti, disse perovskitter gennemgik en enestående udvikling. I mellemtiden, perovskite solceller konverterer mere end 20% af det indfaldende lys direkte til brugbar strøm, "siger fotovoltaikekspert Dr. Michael Hetterich fra KIT, der koordinerer samarbejde mellem KIT og Center for Solenergi og Hydrogenforskning Baden-Württemberg (ZSW). Perovskites enorme potentiale er også tydeligt fra tandemsolceller, der kombinerer en halvgennemsigtig perovskit-topcelle med en silicium- eller kobber-indium-gallium-diselenid (CIGS) bundcelle. Dette giver mulighed for en optimal udnyttelse af solspektret.

De nuværende forskningsudfordringer består i at forbedre den langsigtede stabilitet af perovskit-solceller og erstatte blyet, de indeholder, med mere miljøvenlige elementer. Dette kræver dyb indsigt i strukturen og funktionen af ​​perovskitlagene. Forskere fra Institute of Applied Physics og Light Technology Institute of KIT samt fra ZSW og Ludwig-Maximilians-Universität München undersøger funktionen af ​​tyndlags tandemsolceller baseret på perovskitter under CISOVSKIT (udvikling af meget effektive hybrid-solceller fra CIGS og perovskit materialer) projekt finansieret af det føderale ministerium for uddannelse og forskning (BMBF). Og de opnåede nye fund vedrørende den fysiske karakter af de optiske overgange. Dette er rapporteret i en "Udvalgt artikel" af Anvendt fysik bogstaver .

Optiske overgange er ændringer i elektroners energitilstand i et materiale ved emission (frigivelse) eller absorption (optagelse) af fotoner, dvs. lette partikler. I sin doktorafhandling, Fabian Ruf, der arbejder i gruppen af ​​professor Heinz Kalt, KIT, påpeger, at den grundlæggende optiske overgang i solceller med en methylammonium -bly -iodid -absorber, den klassiske halogenidperovskit, er af excitonisk karakter. Det betyder, at der kan dannes excitoner i solcellerne efter optagelse af lette partikler. Excitons er bundne elektronhulspar, der stort set bestemmer de optoelektroniske egenskaber. Bindingsenergien i excitonerne skal overvindes for at opnå gratis ladningsbærere og få strømmen til at strømme.

Ved hjælp af temperaturafhængig elektroabsorptionsspektroskopi, Fabian Ruf studerede semitransparente solceller med methylammoniumblyiodiodidabsorbere produceret af Moritz Schultes fra ZSW ved en våd kemi -metode. Resultaterne gør det muligt at drage konklusioner med hensyn til excitoniske overgange over hele det undersøgte temperaturområde, fra 10 Kelvin (-263 ° C) til stuetemperatur. Afhængig af perovskit -krystalstrukturen, der ændrer sig med skiftende temperatur, exciton -bindingsenergien udgør ca. 26 og 19 millielektronvolt, henholdsvis. "Derfor, bindingsenergien er lille nok til at sikre tilstrækkelig termisk adskillelse af ladningsbærere ved stuetemperatur, "Michael Hetterich forklarer." Desuden er de excitoniske effekter øger absorptionen. Begge effekter muliggør tilsammen effektiv drift af perovskit -solcellen. "