Metaal-organische perovskietlagen voor zonnecellen worden vaak gefabriceerd met behulp van de spin-coating techniek op compacte substraten. Deze perovskietlagen vertonen over het algemeen gaten, en toch verbazingwekkend hoge efficiëntieniveaus bereiken. De reden dat deze gaten geen noemenswaardige kortsluiting veroorzaken tussen het voor- en achtercontact is nu ontdekt door een HZB-team onder leiding van Dr.-Ing. Marcus Baer in samenwerking met de groep onder leiding van professor Henry Snaith (Oxford University) aan BESSY II.

De vroege metaal-organische perovskieten vertoonden efficiëntieniveaus van slechts enkele procenten (2,2 procent in 2006). Dat veranderde snel, echter. Het record ligt nu ruim boven de 22 procent. De equivalente efficiëntieverhoging in commercieel dominante siliciumzonneceltechnologie duurde meer dan 50 jaar. Aanvullend, dunne films gemaakt van goedkope metaal-organische perovskieten kunnen op grote schaal worden geproduceerd, bijvoorbeeld, door spincoating en bakken (waarbij het oplosmiddel verdampt en het materiaal kristalliseert).

Hoe dan ook, de dunne perovskietfilm die ontstaat door spincoating op compacte substraten is over het algemeen niet perfect, maar vertoont in plaats daarvan veel gaten. Het probleem is dat deze gaten kunnen leiden tot kortsluiting in de zonnecel doordat de aangrenzende lagen van de zonnecel met elkaar in contact komen. Dit zou het efficiëntieniveau aanzienlijk verlagen. Echter, een dergelijke vermindering wordt niet waargenomen.

Nutsvoorzieningen, Marcus Bär en zijn groep, samen met de groep Spectro-Microscopie van het Fritz Haber Instituut, hebben zorgvuldig monsters van Henry Snaith onderzocht. Met behulp van scanning elektronenmicroscopie, ze brachten de oppervlaktemorfologie in kaart. Vervolgens analyseerden ze de monstergebieden met gaten voor hun chemische samenstelling met behulp van spectromicrografische methoden bij BESSY II. "We konden aantonen dat het substraat niet echt werd blootgesteld, zelfs in de gaten maar in plaats daarvan, er wordt een dunne laag opgebouwd, hoofdzakelijk als gevolg van de afzettings- en kristallisatieprocessen, dat blijkbaar kortsluiting voorkomt, ", legt promovenda Claudia Hartmann uit.

Ook konden de wetenschappers vaststellen dat de energiebarrière die de ladingsdragers moesten overwinnen om bij een directe ontmoeting van de contactlagen met elkaar te recombineren relatief hoog is. “De elektronentransportlaag (TiO2) en het transportmateriaal voor positieve ladingsdragers (Spiro MeOTAD) komen eigenlijk niet in direct contact. de recombinatiebarrière tussen de contactlagen is voldoende hoog dat de verliezen in deze zonnecellen miniem zijn ondanks de vele gaten in de perovskiet-dunne film, " zegt Baar.

De studie is gepubliceerd in Geavanceerde materiaalinterfaces .