Hintergrund:
Anorganisch-organische Perowskit-Solarzellen haben in der letzten Dekade einen rapiden Anstieg der Effizienz erlebt, sodass sie mit Spitzeneffizienzen von 23 % im Labor bereits heute mit der konventionellen Siliziumtechnologie konkurrenzfähig sind. Für eine erfolgreiche Kommerzialisierung sind vor allem zwei Herausforderungen zu meistern: Die Stabilität des Materials gegenüber Umwelteinflüssen und die Hochskalierung der Filme auf handelsübliche Modulgrößen bei gleichbleibender Effizienz/Schichtqualität. Fortschritte in Stabilität und Effizienz sind im Jahr 2016 mit der Dreifach-Kationen Rezeptur erreicht worden. Die hierfür verwendete Precursor-Lösung enthält Cäsium-, Formamidinium-, Methylammonium-, Blei-, Iod- und Brom-Ionen in einem fest definierten Verhältnis in einem Lösemittelgemisch von N,N-Dimethylformamid und Dimethylsulfoxid im Volumenverhältnis 4:1. Allerdings beschränken sich aktuelle Publikationen zu Solarzellen mit Dreifachkationen-Perowskiten hauptsächlich auf den nicht skalierbaren Spincoating-Prozess.

Aufgaben:
Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Beitrag zur Hochskalierung von Dreifachkatio-nen-Perowskitsolarzellen erarbeitet werden. Hierzu werden der Beschichtungs- und Trocknungsprozess eines gerakelten Perowskit-Lösungsfilms unter dem Einfluss einer laminaren Strömung in einem Trocknungskanal optimiert. Da die Dreifachkation-Lösung zum ersten Mal in dem Strömungskanal des TFT eingesetzt wird, muss die Schichtoptimierung von Grund auf durchgeführt werden. Erforderliche Eigenschaften für effiziente Solarzellen sind eine geringe Rauigkeit, wohldefinierte Dicke, geringe Pinhole-Dichte sowie große Kristalldomänen. Als Parameter stehen die Lösungsformulierung (Konzentration, Lösemittelgemisch), die Behandlung mit Antilösemitteln, die Beschichtungstemperatur, die Überströmungsgeschwindigkeit sowie die Beschichtungsgeschwindigkeit und Rakelspalthöhe zur Verfügung. Zur Charakterisierung der Beschichtung werden ein Dektak-Profilometer, ein Lichtmikroskop und ggf. ein Rasterelektronenmikroskop eingesetzt. Zusätzlich weden interferometrisch aufgenommene Trocknungsverlaufsdaten und Videos des Trocknungsvorganges ausgewertet. Sobald eine ausreichende Schichtqualität sichergestellt wurde, soll der Beschichtungsprozess auf mit Zinnoxid beschichtete ITO-Substrate übertragen werden. Die Ergebnisse der Charakterisierung der hergestellten Perowskitschichten können dann mit den elektrischen Eigenschaften der daraus hergestellten Solarzellen korreliert werden. Anzustreben sind eine hohe Effizienz (hoher Kurzschlussstrom, Leerlaufspannung und Füllfaktor) sowie Langzeitstabilität und hohe Shuntwiderstände.