Solceller med effektivitet över 20% och producerade till låga kostnader - perovskiter gör detta möjligt. Nu, forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har fått grundläggande inblick i funktionen av perovskitsolceller. De fann att bundna tillstånd av elektron-hålpar kan bildas under absorptionen av ljus. Fortfarande, dessa par kan enkelt separeras för att strömmen ska strömma. Dessutom, de förbättrar absorptionen. Forskarnas arbete rapporteras i tidningen Bokstäver i tillämpad fysik .

Perovskiter är bland de mest lovande materialen för solceller:När du använder dem, den höga effektiviteten kan kombineras med lågkostnadsproduktion. Fotovoltaikforskning fokuserar på halogenidperovskiter som innehåller både organiska och oorganiska föreningar och, därav, betraktas som hybrid halvledare. "På mindre än ett decennium, dessa perovskiter genomgick en enastående utveckling. Under tiden, perovskite solceller omvandlar mer än 20 % av det infallande ljuset direkt till användbar ström, " säger solcellsexperten Dr. Michael Hetterich på KIT, som samordnar samarbetet mellan KIT och Center for Solar Energy and Hydrogen Research Baden-Württemberg (ZSW). Perovskites stora potential är också uppenbar från tandemsolceller som kombinerar en halvtransparent perovskit-toppcell med en kisel- eller koppar-indium-gallium-diselenid (CIGS) bottencell. Detta möjliggör en optimal användning av solspektrumet.

Nuvarande forskningsutmaningar består i att stärka perovskit-solcellernas långsiktiga stabilitet och ersätta ledningen som de innehåller med miljökompatibla element. Detta kräver djup inblick i strukturen och funktionen av perovskitlagren. Forskare vid Institute of Applied Physics och Light Technology Institute of KIT samt från ZSW och Ludwig-Maximilians-Universität München studerar funktionen hos tunnskiktade tandemsolceller baserade på perovskiter under CISOVSKIT (utveckling av mycket effektiva hybrid-solceller från CIGS och perovskitmaterial) projekt som finansieras av federala ministeriet för utbildning och forskning (BMBF). Och de fick nya fynd relaterade till de optiska övergångarnas fysiska karaktär. Detta rapporteras i en "utvald artikel" av Bokstäver i tillämpad fysik .

Optiska övergångar är förändringar av energitillståndet hos elektroner i ett material genom emission (frisättning) eller absorption (upptagning) av fotoner, dvs lätta partiklar. I sin doktorsavhandling, Fabian Ruf, som arbetar i professor Heinz Kalts grupp, UTRUSTNING, påpekar att den grundläggande optiska övergången i solceller med en metylammonium -blyjodidabsorberare, den klassiska halogenidperovskiten, är av excitonisk natur. Detta innebär att excitoner kan bildas i solcellerna efter absorptionen av ljuspartiklar. Excitoner är bundna elektronhålspar som till stor del bestämmer de optoelektroniska egenskaperna. Bindningsenergin hos excitonerna måste övervinnas för att få kostnadsfria bärare och få strömmen att strömma.

Med hjälp av temperaturberoende elektroabsorptionsspektroskopi, Fabian Ruf studerade halvtransparenta solceller med metylammonium -blyjodidabsorbenter producerade av Moritz Schultes från ZSW med en våtkemetod. Resultaten gör det möjligt att dra slutsatser med avseende på excitoniska övergångar över hela det studerade temperaturområdet, från 10 Kelvin (-263 ° C) till rumstemperatur. Beroende på perovskitkristallstrukturen som ändras med förändrad temperatur, excitonbindningsenergin uppgår till cirka 26 och 19 millielektronvolt, respektive. "Därav, bindningsenergin är tillräckligt liten för att säkerställa tillräcklig termisk separation av laddningsbärare vid rumstemperatur, "Michael Hetterich förklarar." Dessutom, de excitoniska effekterna förbättrar absorptionen. Båda effekterna tillsammans möjliggör effektiv drift av perovskit -solcellen. "