{"id":73276,"date":"2021-07-27T02:11:00","date_gmt":"2021-07-27T00:11:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=73276"},"modified":"2021-07-26T15:12:14","modified_gmt":"2021-07-26T13:12:14","slug":"bleifreie-perowskit-solarzellen-wie-fluor-additive-die-qualitaet-verbessern","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/bleifreie-perowskit-solarzellen-wie-fluor-additive-die-qualitaet-verbessern\/","title":{"rendered":"Bleifreie Perowskit-Solarzellen \u2013 Wie Fluor-Additive die Qualit\u00e4t verbessern"},"content":{"rendered":"\n

Zinnhalogenid-Perowskite gelten aktuell als beste Alternative zu den bleihaltigen Analogen, sind jedoch im Vergleich zu diesen noch deutlich weniger effizient und stabil. Nun hat ein Team um Prof. Antonio Abate aus dem HZB die chemischen Prozesse in der Perowskit-Vorl\u00e4uferl\u00f6sung und deren Fluoridchemie eingehend analysiert. Durch eine raffinierte Kombination von Messmethoden an BESSY II mit Kernspinresonanz konnten sie zeigen, dass Fluorid die Oxidation von Zinn verhindert, was zu einer homogeneren Filmbildung mit weniger Defekten f\u00fchrt und die Qualit\u00e4t der Halbleiterschicht erh\u00f6ht.<\/p>\n\n\n\n

Blei-Halogenid-Perowskit-Solarzellen versprechen sehr hohe Wirkungsgrade zu geringen Herstellungskosten. Die Toxizit\u00e4t von Blei wirft jedoch ernsthafte Umweltprobleme auf. Die Suche nach bleifreien Alternativen ist in vollem Gang. Zinn gilt derzeit als die beste Wahl, neigt aber zur Oxidation und unkontrollierten Kristallisation, was die Fertigung, Leistung und Stabilit\u00e4t der Solarzellen einschr\u00e4nkt.<\/p>\n\n\n\n

Zinnfluorid hilft<\/h5>\n\n\n\n

Eine der g\u00e4ngigsten Strategien, um Zinn-basierte Perowskit-Schichten guter Qualit\u00e4t zu erhalten, besteht in der Verwendung von Zinnfluorid (SnF2<\/sub>) als Additiv im l\u00f6sungsbasierten Herstellungsprozess. Viele Studien zeigen, dass SnF2 <\/sub>die optoelektronischen und morphologischen Eigenschaften der Perowskit-Schichten verbessert. Warum dieses Additiv jedoch diese Wirkung hat, wurde bislang nicht ausreichend beleuchtet.<\/p>\n\n\n\n

Chemische Rolle aufgekl\u00e4rt<\/h5>\n\n\n\n

Nun hat ein Team um Prof. Antonio Abate erstmals die chemische Rolle von SnF2<\/sub> in der Perowskit-Vorl\u00e4uferl\u00f6sung aufgekl\u00e4rt, die f\u00fcr diese Verbesserungen verantwortlich ist. Der Schl\u00fcssel liegt in den chemischen Eigenschaften der Fluoridanionen. Zinn oxidiert leicht von Sn(II) zu Sn(IV) und erzeugt in dieser Form Defekte in der Halbleiterschicht. Ergebnisse der Kernspinresonanz-Analyse zeigten nun, dass die Fluoridanionen aus SnF2<\/sub> eine starke Affinit\u00e4t zu Sn(IV) aufweisen und die Verbindung SnF4<\/sub> bilden. Mit Photoelektronenspektroskopie an BESSY II konnte das Team nachweisen, dass SnF4<\/sub> eine geringere Tendenz zeigt, in die Perowskit-Struktur eingelagert zu werden. Dadurch wird der Sn(IV)-Gehalt in der D\u00fcnnschicht deutlich reduziert. Schlie\u00dflich zeigten Messungen der R\u00f6ntgen-Kleinwinkelstreuung an BESSY II, dass das Fluorid den Keimbildungsprozess in der Vorl\u00e4uferl\u00f6sung positiv beeinflusst und so die Kristallisation verbessert.<\/p>\n\n\n\n

Homogeneres Ergebnis<\/h5>\n\n\n\n

\u201eVereinfacht gesagt binden Fluoridanionen oxidiertes Sn(IV) in der L\u00f6sung, als SnF4<\/sub>. Die verminderte Bindungsbereitschaft dieses Materials an perowskit\u00e4hnliche Spezies verhindert seinen Einschluss in den Perowskitfilm\u201c, sagt Jorge Pascual, ein Postdoc aus Abates Gruppe, der an Zinnhalogenid-Perowskiten forscht. \u201eDar\u00fcber hinaus verbessert Fluorid die Kolloidstabilit\u00e4t von Zinnhalogenid-Perowskit-Vorl\u00e4uferl\u00f6sungen, wobei die Vorl\u00e4ufer-Untereinheiten eine gleichm\u00e4\u00dfiger verteilte Vorordnung bilden, was zu einem homogeneren Kristallwachstum f\u00fchrt.\u201c, erl\u00e4utert Marion Flatken, die die Untersuchungen als Teil ihrer Promotion durchf\u00fchrte.<\/p>\n\n\n\n

Diese Ergebnisse kommen zur richtigen Zeit. Auf Basis dieser Studie k\u00f6nnten sich noch andere \u00a0Additive finden lassen, mit denen die Eigenschaften von bleifreien Perowskit-Solarzellen gezielt weiter verbessert werden.<\/p>\n\n\n

Quelle<\/h5>\r\n\n\n\n

HZB Helmholtz Zentrum Berlin 2021<\/a><\/p>\n

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