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Perowskit-Solarzellen

Perowskit-Solarzellen
Forschungsthema:Untersuchung des Trocknungsverhaltens von Perowskitschichten für die Herstellung von Solarzellen durch Laserinterferometrie und Sorptionsmessungen an Nanoschichten
Typ:Masterarbeit
Datum:laufend
Betreuer:

Börnhorst, Ternes

Bearbeiter:Sven Heidel

Anorganisch-organische Perowskit-Solarzellen haben in der letzten Dekade einen rapiden Anstieg der Effizienz erlebt, sodass sie mit Spitzeneffizienzen von 21% im Labor bereits heute mit der konventionellen Siliziumtechnologie konkurrenzfähig sind. Für eine erfolgreiche Kommerzialisierung sind vor allem zwei Herausforderungen zu meistern: Die Stabilität des Materials gegenüber Umwelteinflüssen und die Hochskalierung der Filme auf handelsübliche Modulgrößen bei gleichbleibender Effizienz und Schichtqualität. Im Rahmen dieser Masterarbeit soll ein Beitrag zur Lösung des letzteren Problems erarbeitet werden. Ziel ist die Charakterisierung des Trocknungsprozesses vom Flüssigfilm bis hin zur kristallinen Perowskitschicht, um Trocknungssimulationen ganzheitlich durchführen zu können. Der Trocknungsprozess ist entscheidend für die Entstehung der Polykristallinen Perowskitschicht und somit für die Effizienz der Solarzelle.

Für die Herstellung von Perowskitschichten aus der Flüssigphase wird eine Precursor-Lösung zunächst mit Hilfe einer Rakel als homogener Flüssigfilm auf ein Substrat appliziert. Die anschließende Trocknung wird in zwei Abschnitten untersucht. Im ersten Abschnitt ist der Trocknungsverlauf gasseitig kontrolliert und kann am Institut mithilfe von Laserinterferometrie in einem Trocknungskanal verfolgt werden. Limitiert wird das Messverfahren einerseits durch Lichtstreuung des kristallisierten Feststoffes, andererseits durch die minimal bestimmbare Filmdicke, welche mit der Wellenlänge des Lasers korreliert.

Die Entwicklung eines Trocknungsmodells erfordert für den zweiten Trocknungsabschnitt ein zweites Messverfahren. Am Institut können dafür mithilfe einer Quarzkristallmikrowaage Sorptionsmessungen durchgeführt werden, um das Phasengleichgewicht zwischen dem Film und dem gasförmigen Lösemittel, sowie die Diffusionskinetik mit hoher Präzision zu bestimmen. 

Die gewonnenen Erkenntnisse der Laserinterferometrie im ersten Trocknungsabschnitt und der Sorptionsmessungen für den zweiten Trocknugnsabschnitt sollen am Ende zu einem Trocknugnsmodell zusammengefasst werden, um den Prozess zunächst genau zu beschreiben und in nachfolgenden Arbeiten gezielt kontrollieren und manipulieren zu können.

Alle benötigten theoretischen Kenntnisse zu Perowskit-Solarzellen, Wärme-, Stoffübertragung, die Einarbeitung in die Beschichtungs- und Messaufbauten können in der Einarbeitungsphase erworben werden. Der Anteil der Modellierung an der Masterarbeit wird an die Wünsche des Bearbeiters angepasst.