Elektrische Charakterisierung hybrider Perowskite für neuartige Solarzellen : Entwicklung einer Strategie zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von kaltabgeschiedenen MAPbI3-Schichten unter variierendem Iodpartialdruck

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Seibel, Anna Lena:
Elektrische Charakterisierung hybrider Perowskite für neuartige Solarzellen : Entwicklung einer Strategie zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von kaltabgeschiedenen MAPbI3-Schichten unter variierendem Iodpartialdruck.
Bayreuth , 2020
( Bachelor thesis, 2020 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Funktionsmaterialien)

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Perowskit-Solarzellen gelten als vielversprechende Technologie und sind derzeit Gegenstand intensiver Forschung. Mit herausragenden optoelektronischen Eigenschaften und einer mit herkömmlichen Silizium-Solarzellen vergleichbaren Umwandlungseffizienz bei potenziell geringeren Herstellungskosten sind sie für eine kommerzielle Nutzung von Interesse. Die dafür erforderliche Langzeitstabilität kann jedoch noch nicht gewährleistet werden, da die als Funktionsmaterial eingesetzten hybriden Perowskite unter Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit, UV-Strahlung und erhöhten Temperaturen eine starke Neigung zur Zersetzung aufweisen. Um eine Verbesserung der Stabilität durch eine gezielte Modifikation des Perowskit Kristalls vornehmen zu können, müssen die im Material ablaufenden Prozesse verstanden und die relevanten Einflussfaktoren identifiziert werden. Für eine systematische Untersuchung der elektrischen Leitfähigkeit von MAPbI3-Schichten unter Variation des Iod-Partialdrucks und der Temperatur der Umgebung mittels Impedanzspektroskopie sollte eine Messstrategie entwickelt werden um reproduzierbare Messergebnisse zu erzielen. Die betrachteten MAPbI3-Schichten wurden mittels der Pulveraerosoldepositionsmethode (PADM), d.h. mittels der aerosolbasierten Kaltabscheidung hergestellt. Die Impedanzspektroskopie-Messungen erfolgten in einer jodhaltigen Atmosphäre, die über die Inertgasfluss-Methode mit Stickstoff als Trägergas erzeugt wurde. Die Messungen fanden an kubischem MAPbI3 in einem Temperaturbereich zwischen 60 und 100 °C unter Lichtausschluss statt. Die zeitabhängige Zunahme der Impedanz kann durch das Anlegen einer geringen Vorspannung unterbunden werden. Eine durch die Absorption von Luftfeuchtigkeit induzierte Verfälschung der Messergebnisse wird durch einen vorgeschalteten Trocknungsschritt bei 100 °C in trockenem Stickstoff und eine Versuchsdurchführung unter Feuchtigkeitsausschluss verhindert. Der Iod-Eintrag in den Perowskit-Kristall erfolgt innerhalb weniger Minuten und hat eine Leitfähigkeitssteigerung um zwei Dekaden zur Folge. Der rückläufige Prozess des Iod-Austrags erfolgt hingegen sehr langsam über Stunden hinweg und ist zudem nicht vollständig reversibel. Für die strategische Untersuchung eignet sich also eine langsame Steigerung des Iod-Partialdrucks. Soll neben dem Iod-Partialdruck auch die Temperatur variiert werden, sollte das Aufheizen und Abkühlen unter Beibehaltung eines konstanten Iod-Partialdrucks erfolgen, um den langsamen, nicht vollständig reversiblen Iod-Austrag zu umgehen. Mithilfe dieser Erkenntnisse ist eine Grundlage für detailliertere defektchemische Untersuchung am hybriden Perowskiten MAPbI3 geschaffen worden.