I perovskitsolceller, laddningsbärare går huvudsakligen förlorade genom rekombination som sker vid gränssnittsdefekter. I kontrast, rekombination vid defekta platser i perovskitskiktet begränsar inte solcellernas prestanda för närvarande. Team från universitetet i Potsdam och Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) kunde nå denna intressanta slutsats genom extremt noggranna kvantitativa mätningar på 1 cm ² perovskitceller med hjälp av fotoluminescens. Deras resultat bidrar till att förbättra perovskitsolceller och har nu publicerats i Naturenergi .

Även solceller gjorda av ett perfekt mirakelmaterial skulle aldrig kunna omvandla 100 procent av solljuset till elektrisk energi. Detta beror på att den teoretiskt maximala uppnåbara effekten begränsas av positionen för elektronernas energiband, och genom oundviklig strålning av fotoner (den termodynamiska eller Shockley-Queisser-gränsen). Maximal effektkonverteringseffektivitet för kisel är cirka 33 procent, till exempel. Men inte ens detta värde kommer faktiskt att nås. Detta beror på defekter av olika slag som orsakar förlust av några av de laddningsbärare som frigörs av solljus. För att närma sig maxvärdet, det är därför nödvändigt att undersöka de olika defekterna i solceller och fastställa vilka som leder till förluster och hur.

Organometalliska perovskitabsorberande lager betraktas som en särskilt spännande ny materialklass för solceller – på bara 10 år, deras effektivitet har ökat från tre procent till över tjugo procent, en fantastisk framgångssaga. Nu har ett team under ledning av prof. Dr. Dieter Neher vid University of Potsdam och Dr. Thomas Unold vid HZB lyckats identifiera de avgörande förlustprocesserna i perovskitsolceller som begränsar effektiviteten.

Vid vissa defekter i perovskitskiktets kristallgitter, laddningsbärare (dvs. elektroner och "hål") som just har släppts av solljus kan rekombineras igen och därmed gå förlorade. Men om dessa defekter företrädesvis var belägna inom perovskitskiktet, eller istället var gränsytan mellan perovskitskiktet och transportskiktet oklart fram till nu.

För att fastställa detta, forskarna använde fotoluminescenstekniker med hög precision, rumslig och tidsmässig upplösning. Med hjälp av laserljus, de exciterade det kvadratcentimeterstora perovskitskiktet och detekterade var och när materialet avgav ljus som svar på excitationen. "Denna mätmetod i vårt labb är så exakt, vi kan bestämma det exakta antalet fotoner som har sänts ut, " förklarar Unold. Och inte bara det, energin hos de emitterade fotonerna registrerades exakt och analyserades också med hjälp av en hyperspektral CCD-kamera.

"På det här sättet, vi kunde beräkna förlusterna vid varje punkt i cellen och därigenom fastställa att de mest skadliga defekterna är belägna vid gränssnitten mellan perovskitabsorberande skikt och laddningstransportskikten, " rapporterar Unold. Detta är viktig information för att ytterligare förbättra perovskitsolceller, till exempel med hjälp av mellanskikt som har en positiv effekt eller genom modifierade tillverkningsmetoder.

Med hjälp av dessa fynd, gruppen ledd av prof. Dr. Dieter Neher och Dr. Martin Stolterfoht vid universitetet i Potsdam har lyckats minska gränssnittsrekombinationen och därmed öka effektiviteten med 1 cm ² perovskitsolceller till långt över 20 procent.