Hintergrund:

Anorganisch-organische Perowskit-Solarzellen haben in der letzten Dekade einen rapiden Anstieg der Effizienz erlebt, sodass sie mit Spitzeneffizienzen von über 24 % im Labor bereits heute mit der konventionellen Siliziumtechnologie konkurrenzfähig sind. Diese werden in der aktuellen Forschung mittels des nicht skalierbaren Spincoating-Prozesses gefertigt, da dieser eine homogene Abscheidung des Perowskitabsorbers ermöglicht. Die Morphologie der so erzeugten Perowskitschicht hängt signifikant von den Trocknungs- und Nachbehandlungsprozessen ab. Sie ist ausschlaggebend für die optoelektronischen Eigenschaften der Schicht, und beeinflusst somit den Wirkungsgrad der resultierenden Solarzelle. Im 2-Schritt-Herstellungsverfahren wird zunächst eine Bleiiodidschicht auf ein Substrat aufgetragen, getrocknet, wärmebehandelt und anschließend mit einer zweiten Komponente (z. B. Methylammoniumiodid) beschichtet, welche mit dem Bleiiodid zu Perowskit kristallisiert. Empirische Untersuchungen zeigen, dass besonders gute Solarzellen entstehen, wenn der Wärmebehandlungsschritt der Bleiiodidschicht nur für 5 Minuten bei 70 °C durchgeführt wird. Vorarbeitend am TVT und LTI haben gezeigt, dass bei diesen Bedingungen eine signifikante Menge an Lösemittel in der Schicht verbleibt. Eine grundlegende Erklärung für den Zusammenhang aus hoher Solarzelleneffizienz und dem verbleibenden Lösemittel in der Bleiiodidschicht ist in der Literatur nicht vorhanden.

Aufgaben / geplante Arbeiten:

Im Rahmen der Masterarbeit soll ein Beitrag zum Verständnis der Perowskitbildung beim 2-Schritt-Herstellungsverfahren erarbeitet werden. Es soll untersucht werden, ob das verbleibende Lösemittel oder ein anderer Vorgang während des Wärmebehandlungsschrittes ausschlaggebend für die Effizienz der Solarzelle ist. Des Weiteren soll der Restlösemittelgehalt der Bleiiodidschicht sowie der Wärmebehandlungsschritt optimiert werden, um eine hohe Solarzelleffizienz zu erreichen.

Es stehen für dieMasterarbeit unter anderem eine Quarzkristallmikrowaage für die Bestimmung des Restlösemittelgehaltes, ein Rasterelektronenmikrsokop zur Untersuchung der Morphologie des Bleiiodids und Perowskits, ein Röntendiffraktometer zur Kristallanalyse sowie die Infrastruktur zur Herstellung und Vermessung von Solarzellen zur Verfügung. Ziel der Arbeit ist es, einen Zusammenhang zwischen Restlösemittelgehalt im Bleiiodid, Umwandlungsgrad zu Perowskit, Morphologie und dem resultierenden Solarzellenwirkungsgrad aufzuzeigen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen einen Beitrag zur Modellbildung der Trocknung während der Wärmebehandlung leisten und mit theoretischen Überlegungen sowie Daten aus der Literatur abgeglichen werden.