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Röntgenstreumessungen für hocheffiziente Perovskit-Solarzellen

03.07.2020

Röntgenstreuung eines CsPbI1.8Br1.2 Perovskit-Films (hergestellt bei 60 °C), aufgenommen mit einem 2D GIWAXS Detektor am Vierkristallmonochromator-Strahlrohr bei einer Photonenenergie von 8 keV und einem streifenden Einfallswinkel von 1°

Perovskit-Solarzellen (mit der chemischen Struktur CsPbI3-xBrx) mit kleiner Energie-Bandlücke sind ein wichtiger Baustein für die Entwicklung hocheffizienter Tandem-Solarzellen, bei denen eine Perovskit-Solarzelle auf einer Silizium-Solarzelle aufgebracht ist, um die Lichtausbeute zu optimieren und höchste Gesamteffizienz zu erreichen. Die Effizienz ist wesentlich von der Kristallstruktur bestimmt, d.h. Phasenzusammensetzung und Gitterausrichtung des Materials. Unterschiedlich getemperte Perovskit-Zellen, hergestellt beim Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), wurden bei der PTB am Elektronenspeicherring BESSY II in Berlin-Adlershof untersucht.

Durch GIWAXS-Messungen (Grazing-Incidence Wide-Angle X-Ray Scattering; Röntgenweitwinkelstreuung unter streifendem Einfall) konnte die durch das Tempern unterschiedliche Struktur und Phasenreinheit der Zellenmaterialien sichtbar gemacht werden, wodurch die unterschiedlichen Effizienzen (bis zu 14,6 % im besten Fall) erklärt werden. Die Zelle mit der höchsten Effizienz ist aus einer einzigen orthorhombischen Phase in  (110) Ausrichtung zusammengesetzt, während Materialien mit einer Mischung unterschiedlicher kristalliner Phasen ungünstigere Eigenschaften zeigten.

Die Erkenntnisse aus dieser Zusammenarbeit zwischen HZB und PTB können verwendet werden für die weitere Optimierung von Perovskit-Solarzellen im Hinblick auf ihre Effizienz und Stabilität.

Publikation: Q. Wang et al., Managing Phase Purities and Crystal Orientation for High‐Performance and Photostable Cesium Lead Halide Perovskite Solar Cells, Sol. RRL 2020, 2000213 doi.org/10.1002/solr.202000213

Ansprechpartner:

C. Gollwitzer, 7.21, E-Mail: Opens window for sending emailChristian.Gollwitzer(at)ptb.de
D. Skroblin, 7.21, E-Mail: Opens window for sending emailDieter.Skroblin(at)ptb.de