Umweltfreundliche bleifreie Solarzellen
In neuester Zeit werden im Bereich der Photovoltaik Entwicklungen auf Basis anorganisch-organischer Hybridsysteme vorangetrieben. Hierbei haben sogenannte Perowskit-Solarzellen innerhalb weniger Jahre erstaunliche Effizienzen von über 20% erreicht. Ein großer Vorteil solcher Zellen ist neben ihrer sehr hohen Effizienz die einfache Herstellung aus kostengünstigen Vorläufermaterialien über nasschemische Methoden bzw. thermische Abscheidung aus der Gasphase. Leider enthalten die zurzeit effizientesten Zellen allesamt wasserlösliche, toxische Bleiverbindungen, die im Falle einer Undichtigkeit des Solarmoduls in die Umwelt gelangen können. Auch stellt die noch geringe Langzeitstabilität der Zellen aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit und Hitze ein erhebliches Problem dar. Eine breite Kommerzialisierung dieser bleihaltigen Solarzellen ist daher fraglich.
Im vorliegenden Projekt sollen deshalb effiziente Dünnschicht-Solarzellenelektroden hergestellt werden, die weitestgehend ohne toxische chemische Verbindungen auskommen, einfach zu synthetisieren sind und dabei trotzdem Effizienzen zeigen, die mit Bleiperowskit-Solarzellen konkurrieren können. Hierzu muss nach deren chemischer Präparation und intensiver Optimierung der Dünnschicht-Morphologie mittels zeitaufgelöster spektroskopischer Methoden von der Femtosekunden- bis Millisekundenzeitskala zunächst die Dynamik der Ladungsträger (Elektronen und Löcher) nach Lichtanregung im Detail verstanden werden. Anschließend werden die Elektroden in einer kompletten Zelle inklusive Lochtransportmaterialien und Kontakten auf Ihre Effizienz hin untersucht. Diese Ergebnisse werden dann benutzt, um die Synthese-Parameter zu verbessern, bis schließlich die bestmögliche Effizienz der Solarzelle erreicht wird. Ein wichtiger Punkt ist dabei auch die Prüfung, inwieweit eine solche Zelle durch geeignete Recycling-Verfahren wiederaufgearbeitet und wiederverwendet werden kann.