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Perowskit-Solarzellen

Perowskit-Solarzellen
Forschungsthema:Optimierung des Trocknungsprozesses für effiziente Solarzellen durch Analyse des Sorptions- und Trocknungsverhaltens (experimentell)
Typ:Masterarbeit
Datum:ab sofort
Betreuer:

Börnhorst

Bearbeiter:zu vergeben

Motivation

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. In Kombination mit konventionellen Silizium-Solarzellen konnten Perowskit-Silizium-Tandem-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von über 25 % hergestellt werden (zum Artikel External Link). 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.

Ziel

Im Rahmen dieser Masterarbeitsoll ein Beitrag zur Lösung des letzteren Problems erarbeitet werden. Die Effizienz der Solarzelle wird maßgeblich durch die Morphologie der Perowskitschicht bestimmt. Diese bildet sich während dem Trocknungsprozess aus und lässt sich durch gezielte Einstellung der Trocknungsbedingungen kontrollieren. Daher ist das Ziel, das grundlegende Verständnis des Trocknungs- und Kristallisationsprozesses zu verbessern, um optimierte Prozessbedingungen für eine hohe Effizienz zu identifizieren.

Methoden

Die Perowskitschichten werden in Zusammenarbeit mit dem Lichttechnischen Institut (LTI) per Spincoating oder mit dem Rakelverfahren hergestellt. Sorptionsgleichgewichte und -kinetiken lassen sich mithilfe von Sorptionswaagen am Institut bestimmen. Speziell für Nanoschichten steht eine hochpräzise Quarzkristallmikrowaage zur Verfügung. Der kontrollierte Trocknungsprozess wird in einem Trocknungskanal realisiert. Trocknungsverlaufskurven können mittels Laserinterferometrie im Trocknungskanal gemessen werden. Die Resultierenden Schichtdicken werdem mit einem Profilometer (Dektak) gemessen. In Zusammenarbeit mit dem LTI können mit den hergestellten Perowskitschichten Solarzellen hergestellt und die Effizienzen gemessen werden. Die Kristallstruktur wird mit Röntgendiffraktometrie (XRD) charakterisiert. Die Auswertung der Messdaten erfolgt mittels Excel/VBA oder Python. Vorkenntnisse sind dafür nicht erforderlich.

Abb. 1: Sorptionsapparatur mit Quarzkristallmikrowaage Abb. 2: Perowskit-Kristallstruktur