Per Laser und Nanoantennen zu besseren Solarzellen

Perowskite sind ein vielversprechendes Ausgangsmaterial für Solarzellen, Leuchtdioden oder Detektoren in der Medizintechnik. Ihr großer Vorteil: Perowskit-Dünnschichten können aus einer Lösung heraus hergestellt werden. Allerdings lässt sich mit derzeitigen Kristallisationsmethoden das Schichtwachstum nur schwer kontrollieren. Professor Michael Saliba vom Institut für Photovoltaik (ipv) der Universität Stuttgart will genau dieses Wachstum künftig mit Licht steuern und erhält dafür vom Europäischen Forschungsrat (ERC) einen mit 1,5 Millionen Euro dotierten ERC Starting Grant.

Dünne Perowskitschichten werden abgeschieden, indem eine flüssige Tinte durch eine spezielle Trocknung in einen Festkörper überführt wird. Die derzeitigen Kristallisationsmethoden für diesen flüssig-zu-fest-Phasenübergang führen jedoch häufig zu einem unkontrollierten Wachstum des Films, der nicht etwa homogen aussieht, sondern sich – ähnlich wie ein Mosaik – aus vielen schollenartigen Körnern unterschiedlicher Größe zusammensetzt. An den Grenzen dieser Schollen beziehungsweise Körner kommt es häufig zu unerwünschten Effekten, wie das Eindringen von Wasser aus der Atmosphäre. 

Vor diesem Hintergrund möchte Michael Saliba in seinem Projekt "LOCAL-HEAT" (Controlled Local Heating to Crystallize Solution-based Semiconductors for Next-Generation Solar Cells and Optoelectronics) das Verhalten von Halbleiterfilmen beim Übergang von der flüssigen zur festen Phase mit Licht steuern. Dieses Licht soll lokal Wärmepakete erzeugen, die letztendlich in kontrollierten Körner und damit Dünnschichten resultieren.

Die lokale Erwärmung will Saliba durch die Entwicklung zweier neuartiger Methoden erreichen: zum einen mit örtlich genau einstellbaren Laserstrahlen und zum anderen durch die sogenannte thermoplasmonische Erwärmung metallischer Nanoteilchen. Diese fungieren damit als verstärkende Antennen, um einfallendes Licht lokal in Wärme umzuwandeln. Die neue Methode soll Perowskit-Solarzellen ermöglichen, die höchste Effizienzen aufweisen und eine Lebensdauer über mehrere Jahrzehnte erreichen.

Mit den ERC Starting Grants fördert der Europäische Forschungsrat herausragende Forschende in einer frühen Karrierephase für innovative Vorhaben in der Grundlagenforschung.