Was geschieht an SAM-Passivierungsschichten von Perowskit-Solarzellen?

Metallorganische Perowskit-Materialien versprechen kosten­günstige und leistungs­starke Solar­zellen. Einer Forschungs­gruppe am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie ist es jetzt gelungen, verschiedene Effekte genauer zu unter­scheiden, die an einer SAM-Passivierungs­schicht auftreten und die Verluste an den Grenzflächen verringern. Die Ergebnisse tragen dazu bei, solche funktionalen Zwischen­schichten zu optimieren.

Verluste treten in allen Solar­zellen auf. Eine Ursache ist die Rekombi­nation von Ladungs­trägern an den Grenz­flächen. Zwischen­schichten an solchen Grenz­flächen können diese Verluste durch Passivierung verringern. Besonders gut für die Passivierung von Perowskit-Halb­leiter­ober­flächen eignen sich selbst­organisierte Monolagen, kurz SAMs, aus organischen Molekülen mit einem Carbazol-Kern. Das hat ein Team um Steve Albrecht vom HZB bereits gezeigt und damit eine Silizium-Perowskit-Tandem­solar­zelle mit einem Wirkungs­grad von über 29 Prozent entwickelt.

Jetzt hat ein Team um Igal Levine erstmals die Ladungs­träger­dynamik an der Perowskit-SAM-modifi­zierten ITO-Grenzfläche genauer analysiert. Aus zeit­auf­ge­lösten Messungen der Ober­flächen­photo­spannung konnten die Wissen­schaftler mit Hilfe eines kinetischen Modells die Dichte von Elektronen­fallen an der Grenz­fläche sowie die Loch­trans­fer­raten extra­hieren. Ergänzende Informationen lieferte die Messung der zeit­auf­ge­lösten Photo­lumineszenz.

„Wir konnten Unter­schiede in der Passivierungs­qualität, der Selek­ti­vität und den Loch­trans­fer­raten in Abhängig­keit von der Struktur des SAMs fest­stellen“, erklärt Levine. „Wir haben gezeigt, dass wir damit eine relativ einfache Technik zur Verfügung haben, um die Ladungs­extraktion an vergrabenen Grenz­flächen zu quanti­fi­zieren.“ Das könnte das Design idealer ladungs­selek­tiver Kontakte künftig erheblich erleichtern.

HZB / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  I. Levine et al.: Charge transfer rates and electron trapping at buried interfaces of perovskite solar cells, Joule, online 18. August 2021; DOI: 10.1016/j.joule.2021.07.016
• Institut Silizium-Photovoltaik, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH, Berlin