Physiker beschreiben effiziente Aufnahme von Sonnenlicht in Perowskit-Solarzellen

Darstellung zur Balance aus Ordnung und Unordnung in Halogenid-Perowskiten, in welchen sich die dynamischen Unregelmäßigkeiten der Brom- (braun) und Cäsium-Atome (cyan) räumlich nicht fortpflanzen.

Wissenschaftler haben in den letzten Jahren erreicht, dass neuartige und in der Natur nicht vorkommende Halogenid-Perowskit-Solarzellen nunmehr ähnlich effizient sind wie siliziumbasierte Solarzellen. Eine Besonderheit dieser Perowskite betreffe das dynamische Verhalten der Atome bei Raumtemperatur. Nach Angaben der Universität Regensburg war bislang unklar, wie die atomare »dynamischen Unordnung in den Perowskiten eine effiziente Absorption von Sonnenlicht überhaupt ermöglicht«.
Christian Gehrmann und das Team von David Egger vom Institut für Theoretische Physik der Universität Regensburg (mittlerweile am Department für Physik, TU München) haben mit Hilfe von Supercomputern »quantenmechanische Molekulardynamik-Berechnungen durchgeführt, um dem kollektiven Verhalten der Atome und Elektronen innerhalb des Perowskits bei praktisch relevanten Bedingungen auf die Spur zu kommen«, so die Forscher. Ihre Arbeit (veröffentlicht in der Fachzeitschrift »Nature Communications«) zeige, »dass sich die dynamische Unordnung der Atome in den Perowskitkristallen paradoxerweise räumlich nicht fortpflanzt«. Zwar träten »massive Unordnungseffekte auf, aber die davon betroffenen Domänen sind dynamisch voneinander abgeschirmt, sodass das Verhalten der Elektronen im Kristall davon kaum beeinflusst« werde.
Diese »Balance aus Ordnung und Unordnung« sei essentiell für die »effiziente Absorption von Sonnenlicht in den Halogenid-Perowskit Solarzellen«. Diese Erkenntnisse legten damit »einen Grundstein für das mikroskopische Verständnis dieser neuen Solarmaterialien«. Auf dieser Basis könnten künftig weitere Fortschritte in der Entwicklung von effizienten und kostengünstigen Solarzellen erzielt werden.
»Nature Communications«: Christian Gehrmann and David Egger »Dynamic shortening of disorder potentials in anharmonic halide perovskites« (2019, DOI: 10.1038/s41467-019-11087-y)
© PHOTON

Verwandte Nachrichten