Technologieforum Laser Photonik

Metallhalogenid-Perowskite gelten als vielversprechende, preisgünstige Materialklasse für Solarmodule der nächsten Generation. Perowskit-Solarzellen können mit wenig Energieaufwand in Beschichtungsverfahren hergestellt werden, die flüssige Tinten aus Vorläufermaterialien und verschiedene Lösungsmittel nutzen. Im Anschluss an die Beschichtung ver- dampfen die Lösungsmittel, und die Perowskite kristallisieren zu einer im Idealfall homogenen Schicht.

Ein Team um Professorin Dr. Eva Unger am Helmholtz-Zentrum Berlin untersucht Optionen für die Aufskalierung des Verfahrens. „Perowskit-Photovoltaik ist die beste lösungsprozessierbare PV- Technologie, die es gibt“, sagt Unger, „aber wir fangen gerade erst an zu verstehen, wie sich das komplexe Zusammenspiel der Lösungsmittelkomponenten auf die Qualität der Perowskit- Schichten auswirkt.“

Tinten mit unterschiedlicher Viskosität

Denn bei der Beschichtung der Halogenid-Perowskit-Schichten auf großen Flächen können Inhomogenitäten auftreten, etwa rip- penartige Strukturen. „Durch Variationen in der Viskosität der Tinte lassen sich solche Effekte minimieren“, erklärt Jinzhao Li, der bei Unger promoviert. An der Röntgenquelle Bessy II hat er untersucht, wie sich die verschiedenen Lösungsmittelkombi- nationen auf die Kristallisation der Perowskit-Filme auswirken. Die besten p-i-n-FAPbI3-Perowskit-Solarzellen erreichen damit im Labormaßstab eine zertifizierte Leistung von 22,3 %. Außerdem stellten Li und Kollegen Mini-Solarmodule von 12,6 cm2 her, die Wirkungsgrade um 17% erzielten.

Ein Team um Dr. Carolin Ulbrich testete die so optimierten Solarzellen ein Jahr lang am PVcomB-Teststand im Freien. Dabei blieb der Wirkungsgrad im Winter und Frühjahr nahezu stabil und sank erst in den wärmeren Sommermonaten. „Diese Tests von größeren Modulen unter realen Bedingungen geben uns wertvolle Hinweise, um die Halogenid-Perowskit-Photovoltaik weiter zu verbessern“, sagt Eva Unger.

Originalpublikation
[J. Li, J. Dagar, O. Shargaieva, O. Maus, M. Remec, Q. Emery, M. Khenkin, C. Ulbrich, F. Akhundova, J. A. Márquez, T. Unold, M. Fenske, C. Schultz, B. Stegemann, A. Al-Ashouri, S. Albrecht, A. Tejada Esteves, L. Korte, H. Köbler, A. Abate, D.M. Többens, I. Zizak, E.J.W. List-Kratochvil, R. Schlatmann, E. Unger: Ink Design Enabling Slot-Die Coated Perovskite Solar Cells with >22% Power Conversion Efficiency, Micro-Modules, and 1 Year of Outdoor Performance Evaluation; Advanced Energy Materials (2023), DOI: 10.1002/aenm.202203898]