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Perowskite sind Hybridverbindungen, die aus Metallhalogeniden und organischen Bestandteilen hergestellt werden können. Ihre attraktiven strukturellen und elektronischen Eigenschaften haben sie an die Spitze der Materialforschung gebracht, mit einem enormen Potenzial für die Umwandlung einer breiten Palette von Anwendungen, einschliesslich in Solarzellen, LED-Leuchten, Lasern und Photodetektoren.
Insbesondere Metallhalogenid-Perowskite zeigen großes Potenzial als Lichtsammler für die Dünnschicht-Photovoltaik. Einer der führenden Kandidaten unter den Metallhalogenid-Perowskiten ist Formamidinium-Bleitriiodid (FAPbI3), das sich als der vielversprechendste Halbleiter für hocheffiziente und stabile Perowskit-Solarzellen herausgestellt hat. Folglich haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler versucht, seine Leistung und Stabilität zu maximieren.
Nun hat ein Team von Forschenden unter Leitung von Professor Michael Grätzel an der EPFL-Fakultät für Grundlagenwissenschaften einen neuen chemischen Trick angewandt, der die Leistung von FAPbI3 erheblich steigert. Dieser Ansatz führt zu Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von bis zu 25,6 %, einer Betriebsstabilität von mindestens 450 Stunden und einer intensiven Elektrolumineszenz mit einem externen Quantenwirkungsgrad (die Lichtmenge, die die Zelle beim Durchleiten eines elektrischen Stroms erzeugen kann) von über 10 %. Die Arbeit wurde veröffentlicht in Nature.
Das Kunststück gelang den Wissenschaftlerinnen mit einem «Anion-Engineering-Konzept», das die Kristallinität der FAPbI3-Filme erhöht und Defekte eliminiert. Durch die Einführung des Pseudo-Halogenid-Anions Formiat (HCOO-) konnten sie strukturelle Defekte unterdrücken, die normalerweise an Korngrenzen und an der Oberfläche von Perowskit-Filmen auftreten.
Die Autoren schreiben: «Unsere Ergebnisse bieten einen direkten Weg, um die häufigsten und schädlichsten Gitterdefekte in Metallhalogenid-Perowskiten zu beseitigen, was einen einfachen Zugang zu lösungsprozessierbaren Filmen mit verbesserter optoelektronischer Leistung ermöglicht.»