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pte20210726023 Forschung/Entwicklung, Produkte/Innovationen

Fluor-Zugabe für bleifreie Perowskit-Solarzellen

Forscher lösen Umweltfrage, ohne Fertigung, Leistung und Stabilität der Module einzuschränken


Fluor-Additive steigern Perowskit-Schicht-Qualität (Bild: helmholtz-berlin.de)
Fluor-Additive steigern Perowskit-Schicht-Qualität (Bild: helmholtz-berlin.de)

Berlin (pte023/26.07.2021/13:55) - Fluorid verhindert laut Forschern des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie http://helmholtz-berlin.de die Oxidation von Zinn und ermöglicht so eine homogenere Filmbildung mit weniger Defekten, was letztlich die Qualität der Halbleiterschicht erhöht. Blei-Halogenid-Perowskit-Solarzellen versprechen sehr hohe Wirkungsgrade zu geringen Herstellungskosten. Blei ist aber ein Umweltproblem. Zinn als Alternative gilt als die beste Wahl, neigt aber zur Oxidation und unkontrollierten Kristallisation, was Solarzellen einschränkt.

Gute chemische Eigenschaften

Eine der gängigsten Strategien, um Zinn-basierte Perowskit-Schichten guter Qualität zu erhalten, besteht in der Verwendung von Zinnfluorid (SnF2) als Additiv im lösungsbasierten Herstellungsprozess. Viele Studien zeigen, dass SnF2 die optoelektronischen und morphologischen Eigenschaften der Perowskit-Schichten verbessert. Warum dieses Additiv jedoch diese Wirkung hat, wurde bislang nicht ausreichend beleuchtet.

Der Schlüssel liegt laut den Forschern in den chemischen Eigenschaften der Fluoridanionen. Zinn oxidiert leicht von Sn(II) zu Sn(IV) und erzeugt in dieser Form Defekte in der Halbleiterschicht. Die Untersuchungen der Experten zeigen aber, dass die Fluoridanionen aus SnF2 eine starke Affinität zu Sn(IV) aufweisen und die Verbindung SnF4 bilden. Mit Photoelektronenspektroskopie an BESSY II konnte das Team nachweisen, dass SnF4 eine geringere Tendenz zeigt, in die Perowskit-Struktur eingelagert zu werden. Dadurch wird der Sn(IV)-Gehalt in der Dünnschicht deutlich reduziert. Auch verbessert Fluorid den Keimbildungsprozess in der Vorläuferlösung und beeinflusst so die Kristallisation positiv.

(Ende)
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