In feinen Linien zieht sich ein Netzwerk aus „Elektronenautobahnen“ durch einen Kristall. Es handelt sich dabei um Blei-Halogenid-Perowskit. Das Material eignet sich zur Herstellung von kostengünstigen und effizienten Solarzellen.
Warum gerade dieses eine so hohe Leitfähigkeit besitzt, war bisher unbekannt. Nun haben Physiker vom Institute of Science and Technology in Österreich eine Erklärung gefunden und in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Ausschlaggebend sind Unreinheiten und Defekte im Kristall.
Trifft Licht auf eine Solarzelle, werden Elektronen aus ihren Verbindungen geschlagen und sind somit frei beweglich. An den Stellen bleiben Löcher zurück, die wie positive Ladungsträger wirken und auch durch das Material wandern können. Damit die Energie des Lichts in elektrische Energie umgewandelt werden kann, müssen Elektronen und Löcher durch eine äußere Spannung getrennt werden. Der Ladungstransport sollte dabei möglichst effizient sein; zudem muss verhindert werden, dass sich Elektronen und Löcher wieder verbinden.
Aktuell bestehen die meisten Solarzellen aus Silizium. Dabei wird die hohe Leitfähigkeit durch eine möglichst große Reinheit im Material bewirkt. Das ist allerdings mit hohen Herstellungskosten verbunden.
Blei-Halogenid-Perowskite hingegen haben gerade wegen Unreinheiten eine hohe Effizienz. Durch Veränderungen in der Kristallstruktur entstehen innere Kräfte, die Elektronen und Löcher trennen und die Rekombination verhindern. Dies findet nicht im gesamten Material gleichermaßen statt, sondern nur an sogenannten Domänenwänden, die sich als Netzwerk durch den ganzen Kristall ziehen. Entlang dieser Domänenwände bewegen sich Ladungsträger besonders effizient, wie auf einer Autobahn. Durch das Einbringen von Silberionen in den Kristall konnte dieses Netzwerk aus Domänenwänden unter dem Mikroskop sichtbar gemacht werden.
Noch eignen sich Perowskit-Solarzellen nicht für den breiten Einsatz, vor allem aufgrund der geringen Haltbarkeit. Ein tieferes Verständnis für die Funktionsweise kann möglicherweise dabei helfen, die bestehenden Probleme zu lösen und eine einfachere und günstigere Herstellung von Solarzellen zu ermöglichen.
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