Ursachen und Lösungen der Rekombination in Perowskit-Solarzellen

Organisch-anorganische Hybridperowskitmaterialien erhalten zunehmend Aufmerksamkeit und werden aufgrund ihrer einzigartigen und faszinierenden optischen sowie elektrischen Eigenschaften, wie dem hohen molaren Extinktionskoeffizienten, dem breiten Absorptionsspektrum, der niedrigen exzitonischen Bindungsenergie, der ambipolaren Ladungstransporteigenschaft, der langen Ladungsdiffusionslänge und der hohen Fehlertoleranz, zu Star-Materialien. Obwohl eine hohe Energieumwandlungseffizienz (PCE) von bis zu 22,7 % für Perowskit-Solarzellen (PSCs) zertifiziert ist, liegt sie immer noch weit unter der theoretischen Shockley-Queisser-Grenze von 30,5 %. Offensichtlich sollte die fallweise unterstützte nicht-radiative (auch Shockley-Read-Hall, SRH genannte) Rekombination in Perowskit-Filmen und die Grenzflächenrekombination hauptsächlich für den oben genannten Effizienzabstand verantwortlich sein. Hier werden die aktuellen Forschungsfortschritte zur Unterdrückung der bulk SRH-Rekombination und der Grenzflächenrekombination systematisch untersucht. Um die SRH-Rekombination in den Filmen zu reduzieren, werden die Zusammensetzung des Perowskits, Additive, Dimensionalität, Kornorientierung, nicht-stöchiometrischer Ansatz, Ausgangslösung und Nachbehandlung erforscht. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Rekombination an den Perowskit/electron-transportierenden Material- und Perowskit/hole-transportierenden Material-Grenzflächen in normalen oder inversen PSCs. Strategien zur Unterdrückung der bulk- und Grenzflächenrekombination werden beschrieben. Darüber hinaus wird der Einfluss der fallweise unterstützten nicht-radiativen Rekombination auf Hysterese und Stabilität von PSCs diskutiert. Schließlich werden mögliche Lösungen und realistische Perspektiven zur Unterdrückung von Rekombinationsverlusten vorgestellt.