Die perovskitisehen Zellen sind eine besondere Art von photovoltaischen Zellen, die als ein absorbierendes Material mit einer Materialstruktur Perovskitca verwenden, oder die den gleichen Typ von kristallinen Zelle Catió 3 hat. Auf diesen Zellen hat sich seit 2009 eine intensive Forschungsaktivität konzentriert, die sich durch eine hohe Effizienz, niedrige Produktionskosten und einfache Verarbeitung auszeichnet. Eigenschaften, die sie aus industrieller Sicht potenziell sehr attraktiv machen.

In ein paar Jahren haben sie bessere Ergebnisse erzielt als organische Zellen und Hybridmaterialien und erreichten eine maximale Ausbeute von 22,7% im Jahr 2017. Genau diese Daten machen Perowskit-Zellen zur Solartechnologie, die in den letzten Jahren die größte Entwicklung genommen hat.

Der Übergang zur Massenproduktion war jedoch noch nicht möglich, da die perowskitischen Solarzellen Degradationsprobleme aufweisen und in den ersten 500 Betriebsstunden sogar 80% der anfänglichen Effizienz verlieren. Daneben gibt es noch andere Probleme wie die Anwesenheit von Blei und die Schwierigkeit, sehr ausgedehnte Schichten zu bilden.

Geschichte
Die erste Verwendung von perowskitartigen Strukturmaterialien in photovoltaischen Zellen geht auf das Jahr 2009 zurück, als Miyasaka et al. in einer Grätzelzelle ein Perowskit-Hybrid auf Basis von Organometallhalogeniden eingebaut, das es als Farbstoff auf der mesoporösen TiO2-Schicht verwendet. Mit dieser Zelle wurde eine Ausbeute (Power Conversion Efficiency oder PCE) von 3,8% erreicht. Aufgrund der in der Zelle vorhandenen Redoxlösung blieb die perovsktische Beschichtung jedoch nur für einige Minuten stabil und wurde schließlich abgebaut.

Nach einer Pattsituation in der Forschung haben Park et al. Im Jahr 2011 verbesserten sie diese Technologie und erhielten 6,5% PCE, aber es blieb der einzige Artikel, der zu diesem Thema in diesem Jahr veröffentlicht wurde. Nur ein Jahr später bauten Henry James Snaith und Mike Lee eine Zelle, die die in der vorherigen Architektur vorhandene Redox-Lösung durch eine feste Schicht eines Spiro-OMeTAD-Polymers ersetzt, die als Leiter der Löcher (HTM) diente, indem sie eine PCE von 10%.

In der Folge entwickelten sich 2013 sowohl mesoporöse als auch oxidbasierte Technologien signifikant, indem sie auf verschiedene Abscheidungsmethoden einwirkten und Wirkungsgrade von 12-15% erreichten.

Im Dezember 2015 erreichte der Effizienzrekord 2017 21% bis 22,7%.

Eigenschaften der am häufigsten verwendeten Perowskite
Der echte Perowskit ist ein Mineral, das zum ersten Mal im Jahr 1839 am Ural gefunden wurde und aus Kalziumoxid und Titan – CaTiO 3 besteht, das seinen Namen von dem russischen Mineralogen Lev Perovski erhielt. Dieser Name wurde später synonym mit all jenen Verbindungen, die die gleiche kristallographische Struktur des Minerals haben: ABX 3 wo A ein atomares oder molekulares Kation in der Mitte eines Würfels ist, B sind Kationen an der Spitze des Würfels und X kleinere Atome negativ geladen auf den Flächen des Würfels und die oktaedrische Strukturen in B auf jedem Eckpunkt des Würfels bilden. Je nach Art der gewählten Atome oder Moleküle können Materialien mit besonderen und sehr interessanten Eigenschaften wie Supraleitung, Photolumineszenz erhalten werden, die ihre Verwendung in vielen Bereichen ermöglichen.

Im Fall von Perowskit-Solarzellen wurden die hervorstechendsten und interessantesten Ergebnisse mit hybriden organisch-anorganischen Strukturen erhalten, in denen: A ein organisches Kation von Methylammonium ist, B ein anorganisches Kation ist, allgemein Blei (+2), Zinn oder Germanium, während X das Halogenidanion (Chlorid, Iodid, Bromid) ist.

Der Toleranzfaktor t ist bestimmend in der Struktur des Perowskits und hängt von den Strahlen der atomaren / molekularen Spezies ab. Die Formel ist gegeben durch:

Wobei r _A , r _B und r _X die Radien der jeweiligen Ionen sind. Um eine ideale kubische Struktur mit maximaler Symmetrie zu erhalten, muss der Wert von τ sehr nahe bei 1 liegen; Damit dies berücksichtigt werden kann, muss Ion A größer als Ion B sein.

Da in den Perowskiten, die auf Halogeniden basieren, die in Solarzellen verwendet werden, die Stelle B normalerweise von Pb oder Sn besetzt ist, die bereits ziemlich große Atome sind, wurde gefunden, dass ein noch größeres Molekül die Stabilität der kubischen kristallinen Struktur wie Methylammonium garantiert . Bei einem Wert von t zwischen 0,89 und 1 gibt es eine kubische Struktur, während niedrigere Werte zu einer weniger symmetrischen tetragonalen oder orthorombischen Struktur führen. Typische t-Werte von Perowskiten mit Halogeniden liegen zwischen 0,81 und 1,11. In diesen Strukturen liegt der oktaedrische Faktor m = r _B / r _X zwischen 0,44 und 0,90.

Die am besten untersuchte perowskitische Verbindung, die die besten Ergebnisse erzielt hat, ist das Trihalogenid von Blei und Methylammonium  (auch als MAPbX _{3 bezeichnet} ), gekennzeichnet durch eine ideale Bandlücke zwischen 1,5 und 2,3 eV, die in der Lage ist, hohe Energieeffizienzwerte zu liefern. Die Toxizität von Blei führte zur Untersuchung von Perowskiten auf der Basis anderer Ionen wie Zinn (CH ₃ NH ₃ SnI ₃ ), die eine potentielle Bandlücke von 1.3 eV aufweisen, aber aufgrund der Variation der elektronischen Struktur aufgrund von Oxidation von das Zinnion von Sn ⁺² zu Sn ⁺⁴ . Gleichzeitig wurden Perowskite untersucht, in denen das organische Kation Methylammonium durch das größere Formamidinium ersetzt wurde, um seine Stabilität zu erhöhen. Auch Verbindungen mit gleichzeitiger Anwesenheit verschiedener anionischer Spezies wie Bromid oder Iodid werden untersucht und haben gute Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten hervorgehoben.

Betriebsmechanismus
Als photovoltaische Zellen führt sogar der Betrieb von Perowskit-Zellen im Wesentlichen zu einer direkten Umwandlung von Sonnenstrahlungsenergie in elektrische Energie. Da derzeit Perowskit-Zellen mit unterschiedlichen Architekturen entwickelt werden, gibt es immer noch Diskussionen über einige Aspekte des Mechanismus, mit dem sie funktionieren Wir werden uns auf diesen Abschnitt konzentrieren, indem wir nur die allgemeinen Aspekte seiner Funktionsweise skizzieren.

Insbesondere können wir in der Figur die Strom-Spannungs-Kennlinie einer perowskitischen Zelle basierend auf zeigen  zusammen mit einigen Verdienstwerten, die die typischen Werte für diese Art von Zellen gut darstellen .
Die Erzeugung von elektrischem Strom aus elektromagnetischer Strahlung in jeder Art von photovoltaischer Zelle kann schematisch in drei Schritte unterteilt werden: Photonenabsorption, Ladungstrennung und Transport der letzteren. Im Folgenden werden die Eigenschaften jedes der drei Schritte für den speziellen Fall von Perowskit-Zellen beschrieben.

Absorption
In Halbleiter- und Isoliermaterialien, die auf der Fermi-Ebene eine Bandlücke aufweisen, kann daher ein ankommendes Photon absorbiert werden, das eine höhere Energie als die Bandlücke aufweist und ein Elektron aus dem Valenzband (HOMO-Orbitale für diskrete Systeme) anregt , Leitung (LUMO-Orbitale für diskrete Niveausysteme). Diese Elektronen tragen zusammen mit den im Valenzband verbleibenden Elektronenspalten zu dem in den photovoltaischen Zellen erzeugten elektrischen Strom bei (photovoltaischer Effekt).

Ein erstes wichtiges Datum bezüglich der Perowskite, das sie von den klassischen Siliziummodulen unterscheidet, ist das Vorhandensein einer direkten Bandlücke (zumindest für das am häufigsten verwendete MAPbI3), das hohe Absorptionskoeffizienten und somit die Möglichkeit einer guten Leistungsabsorption garantiert mit eher dünnen Materialschichten (typischerweise einige hundert nm im Vergleich zu Hunderten von μm für herkömmliches Silizium) .

In Anbetracht des Sonnenspektrums wird nun festgestellt, dass für Zellen mit einem einzigen absorbierenden Material eine Bandlückenamplitude ideal ist, um die erzeugte Leistung zu maximieren (tatsächlich ist die Menge der absorbierbaren Frequenzen und damit der Strom umgekehrt proportional zu die Bandlückenamplitude, während die am Ausgang der Zelle erreichbare maximale Spannung proportional zur Bandlückenamplitude ist). Diese ideale Amplitude wird in ungefähr 1,4 eV berechnet, ein Wert, der den 1,55 eV der am häufigsten verwendeten Perowskite sehr nahe kommt:  . Insbesondere beträgt für Letzteres die Shockley-Queisser-Grenze etwa 31% der Effizienz für AM1.5 und 1000W / bestrahlte Leistungsbedingungen .

In Bezug auf diesen Aspekt ist eine weitere Stärke von Perowskiten, die auch für Tandemzellen interessant ist, die Möglichkeit, die Bandlückenenergie zu variieren, indem die in der Struktur verwendeten Elemente variiert werden  oder durch Verwendung fester Lösungen verschiedener perowskitischer Materialien sowie durch Variation von Parametern wie Druck und Temperatur .

Trennung von Gebühren
Die Anregung eines Elektrons im Leitungsband durch ein Photon kann je nach Fall zwei unabhängige Ladungen (ein Elektron im Leitungsband und eine Lücke im Valenzband) oder ein Exziton oder ein verknüpftes Elektron erzeugen. Lochsystem. Die erste Situation, typisch für Silizium, ist die effizienteste, da sie nahezu freie Ladungen erzeugt und die gleiche ist wie in den Perowskit-Zellen. Tatsächlich haben die am häufigsten verwendeten perowskitischen Materialien tatsächlich Bindungsenergien für sehr kleine Elektron-Loch-Systeme in der Größenordnung von höchstens 50 meV. Diese Elektron-Loch-Systeme sind daher annähernd annähernd frei bei Raumtemperatur (selbst wenn die Bindungsenergie mit abnehmender Dimensionalität des perowsktischen Absorbers zunimmt, hat dies jedoch die Entwicklung von Zellen mit kleinen perowskitischen Strukturen nicht verhindert.).

Transport von Gebühren
Als Transportmechanismus wurde ein Modell vorgeschlagen, in dem Perowskit die Rolle einer intrinsischen Schicht in einem pin-Übergang spielt, während die HTM- und ETM-Schichten (siehe Zellarchitektur) jeweils die Rolle der Halbleiter p und n abdecken (alternative Modelle bieten zum Beispiel eine ppn-Verbindung). Ähnlich wie bei einer herkömmlichen Siliziumzelle werden die Ladungen somit definitiv getrennt und durch die eingebauten elektrischen Felder, die in der Verbindung vorhanden sind, zu den jeweiligen Elektroden hingezogen, wodurch der durch Licht erzeugte Strom gebildet wird.

Dieser Prozess wird durch die hervorragenden Eigenschaften von ambivalenten Leitern der Perowskite erleichtert, die sowohl für Elektronen als auch für Löcher hohe mittlere freie Laufwerte aufweisen (Werte in der Literatur geben für mindestens 100nm an)  und oberhalb von & mgr;  ), wodurch es möglich ist, in der Zellendicke von Perowskiten sogar einige hundert Nanometer ohne signifikante Rekombination der Ladungsträger zu verwenden, mit der Folge einer besseren Absorption der Sonnenstrahlung.

Um die ausgezeichneten Leitfähigkeitseigenschaften der Perowskite weiter zu unterstützen, wurden DFT-Rechnungen durchgeführt, die gezeigt haben, dass für das am meisten verwendete Material  , eher geringe effektive Massen für beide Ladungsträger (  und  , wo ist es  ist die ruhende Masse des Elektrons) .

Auf dieser Grundlage können wir daher die Gleichungen für die Dynamik von Elektronen und Lücken in stationären Bedingungen innerhalb der Verbindung schreiben: 


Wo n (p) die Konzentration der Elektronen (Löcher) ist, sind D und μ die Diffusions- und Mobilitätskoeffizienten, G und R die Photoerzeugungs- und Rekombinationskoeffizienten, die in Abhängigkeit von der Position betrachtet werden. Schließlich ist E das elektrische Feld, das auch von der Position abhängt.

Typische Approximationen sind R (x) = 0 (gültig für dünne Absorberschichten in Bezug auf den durchschnittlichen Pfad von Ladungen), ideales elektrisches Feld (einheitlich) für pin junctions:  , wo ist es  ist die Potentialdifferenz eingebaut und  die Dicke der Fläche i. Es kann endlich platziert werden  nach dem Lambert-Beer-Gesetz. Aus diesen Näherungen können wir analytische Lösungen für die Strom-Spannungs-Charakteristiken der Zellen gewinnen, Lösungen, die, obwohl sie ziemlich komplex sind, den tatsächlichen Trend dieser Kurven gut widerspiegeln .

Zellarchitektur
Die Architekturen der Zellen basieren auf einem organisch-anorganischen Halbleitermaterial, das die polykristalline Struktur des Perowskits (überwiegend der  ), können hauptsächlich in zwei Kategorien eingeteilt werden: solche mit einer Struktur auf Basis einer mesoporösen Schicht eines Metalloxids (typischerweise TiO ₂ ) und solche mit planaren Heteroübergängen.

Perowskit-Zellen basieren auf einer mesoporösen Metalloxidstruktur
In der ersten Arbeit von Miyasaka et al. Die erste Verwendung des hybriden Perovkitits wird insbesondere von der  , als Farbstoff in einer Grätzelzelle mit flüssiger Phase, erreicht eine Umwandlungseffizienz (PCE) von 3,81% mit einer fast vollständigen Abdeckung des sichtbaren Spektrums. Typischerweise besteht diese Architektur aus einer Sandwichstruktur mit einem Flüssigelektrolyten (hauptsächlich das Redoxpaar I – / I 3 -) zwischen einer Gegenelektrode in Pt und einer Anode, die durch eine mesoporöse TiO 2 – Schicht gebildet wird, die mit dem Farbstoff sensibilisiert ist, der Rolle des Sonnenstrahlungsabsorbers.

Etwas später, Park et al. stellten den gleichen Zelltyp her, mit dem Unterschied, dass sie auf einer mesoporösen Schicht von etwa 3,6 μm TiO 2 Quantenpunkte (QDs) perovskiti von 2-3 nm verwendeten, was die PCE auf 6.54% brachte, aber das Problem aufzeigte Art der Architektur: Die Anwesenheit des Elektrolyten löste allmählich den Perowskit auf, was zu einer schnellen Verringerung der Effizienz führte.

Aus diesem Grund haben Grätzel und Park et al. hat die Zellarchitektur komplett verändert und in die Festkörper-Grätzel-Zellarchitektur übergegangen. In dieser Konfiguration wurde innerhalb der Pore von TiO 2 und oberhalb der mesoporösen Schicht und einer perovsktischen Schicht ein Material hinzugefügt, um die erzeugten Löcher (Lochtransportmaterial, HTM) einzufangen und zu transportieren, ein als Spiro-MeOTAD bezeichnetes Polymer, das die PCE brachte um Werte nahe 9,7% zu erreichen. Höhere PCE-Werte wurden dann erhalten, wiederum in der gleichen Konfiguration, wobei das Spiro-Meotad durch andere organische Verbindungen wie PTAA (Polytriarylamin) oder Pyrenderivate ersetzt wurde, die eine PCE von 15% erreichten.

Diese bisher dargestellten Architekturen sind Teil der sogenannten Solarzellen mit einer „aktiven“ mesoporösen Schicht, in dem Sinne, dass die mesoporöse Oxidschicht aktiv an der Trennung des Elektronen-Mo- norpaars beteiligt ist.

Auch in der gleichen Zeit, Lee et al. verwendeten Al 2 O 3 anstelle von TiO 2 mit einem gemischten Hybridperowskit  immer gekoppelt mit einer Schicht Spiro-MeOTAD erreicht 10,9% PCE und erhalten, was meso-strukturierte Solarzellen (MSSCs) genannt wurden.Diese werden immer als Solarzellen mit einer mesoporösen Schicht klassifiziert, aber diesmal wird die Schicht „passiv“ in dem Sinne genannt, dass sie nur als Träger für den Perowskit dient, der in diesem Fall nicht nur als Farbstoff, sondern auch als Förderer dient der erzeugten Gebühren. Diese Entdeckung hat in sehr kurzer Zeit zu dem Bewusstsein geführt, Zellen erhalten zu können, die keine mesoporöse Struktur aufwiesen, sondern im Gegenteil aus einem Perovskitfilm bestanden, wodurch planare Heterojunction-Zellen (planare Heterojunction-Solarzellen PHJ) erhalten wurden.

Perowskitsche Zellen basieren auf planaren Eerojunktionen
Der erste Versuch wurde immer von der Arbeit von Lee et al durchgeführt, die jedoch aufgrund der schwierigen Homogenisierung der abgeschiedenen Schicht eine sehr niedrige PCE von 1,8% erhielt;Erst später erreichten sie immer nur Werte von 11,4%, indem sie die Schichtbildung optimierten.PHJ-Solarzellen sind in zwei Kategorien unterteilt, die der Packung der Schichten entsprechen, und sind die Nip-Struktur und die „invertierte“ Stiftstruktur.

Nip-Struktur
Normalerweise besteht die Architektur dieses Zelltyps aus einer kontinuierlichen Perowskitschicht, die in direktem Kontakt mit einer kompakten Schicht aus TiO 2 und einer Schicht aus HTM steht. In herkömmlichen Strukturen (Nip) wird in den meisten Fällen die Struktur von Zellen mit aktiver mesoporöser Schicht vererbt: Im Wesentlichen wird eine n-Typ-Schicht, die für die Elektronentransportfunktion (Elektronentransportmaterialien ETM) verwendet wird, auf einem transparenten Substrat abgeschieden. und leitend, die als eine Elektrode wirkt. Die Perowskitschicht, die Schicht zum Transport der Löcher (HTM) und schließlich die Gegenelektrode sind über der Schicht vom Typ n positioniert. Die am häufigsten verwendeten Materialien wie ETM sind Titanoxid (hauptsächlich verwendet), Zinkoxid oder II-VI-Nanopartikel (z. B. CdSe); während unter den HTM finden wir die berühmte Spiro-MeOTAD mit anderen organischen Molekülen wie P3HT oder der hydrophoben Derivate von Oligothiophen (DR3TBDTT).

Pin-Struktur
Die Pinstrukturen werden auch „invertiert“ genannt, da sie im Vergleich zu den Nips umgekehrt angeordnet sind und erst 2013 von Guo et al. Entwickelt wurden. Der erste Pin verwendete einen Perowskit zwischen einem Polymer mit einer p-Dotierung. (PEDOT: PSS) und ein Derivat von Fulleren mit n-Dotierung (PC 61 BM) nur, dass in diesem Fall das Licht zuerst durch die p-dotierte Schicht tritt, im Gegensatz zu dem, was vorher passierte. Obwohl die PCE dieser ersten Zelle kleiner war als die der mesoporösen, war diese Arbeit von großer Bedeutung, da sie die erste Zelle war, die bei T <150 ° C gebaut wurde. Daraus entstanden viele verschiedene Architekturen, die die PCE mit sich brachten zu viel höheren Ebenen und derzeit ist diese Art von Zellen am vielversprechendsten.
Da Perowskit selbst als HTM fungieren kann, wurde die Architektur auch ohne HTM von Etgar at entwickelt, das eine 8% ige PCE erreichte.

Depositionsprozesse
Es gibt verschiedene Methoden zur Herstellung von Perowskiten. Unter diesen werden hauptsächlich verwendet:
– Schleuderbeschichtung aus ein- oder zweistufigen chemischen Lösungen
– sequenzieller Prozess
– Doppelquellen-Dampfphasenabscheidung
– unterstützte Abscheidung durch Dampfphase
In der folgenden Behandlung der Methoden wurde die Bildung des perowskitischen Films MAPbI 3 (d. H  )

Spin-Coating: In Bezug auf das Einstufen-Verfahren werden die Pervoskit-Vorläufer (PbI und MAI) in einem gemeinsamen Lösungsmittel gelöst, das in den meisten Fällen Dimethylformamid (DMF) oder Butyloarcton ist. Dann wird die erhaltene Lösung durch Schleudern auf die Substrate aufgebracht.Die Rotation der Probe ist sehr schnell und ermöglicht dank der Zentrifugalkraft die Verteilung des Fluids auf dem Subrato. Während des Prozesses kann der Film aufgrund der Verdampfung von Lösungsmitteln, die oft sehr flüchtig sind, verdünnt werden. Um die Bildung eines wesentlichen Films zu gewährleisten, ist ein Massenanteil in Lösung von etwa 40% erforderlich.

Sobald der Film abgeschieden ist, wird er in eine Heizvorrichtung (Glühphase) gegeben, die die Bildung des Perowskits vervollständigt.

Das zweistufige Schleuderbeschichtungsverfahren beinhaltet stattdessen die Ablagerung der beiden Lösungen zu verschiedenen Zeiten (zum Beispiel PbI / DMF und MAI / Isopropylalkohol (IPA)).
Seiialer Prozess: Zunächst erfolgt die Abscheidung der PbI / DMF-Lösung (der erste Precursor) mittels Spinnerei; Anschließend wird das Substrat in eine zweite Lösung eingetaucht (getaucht), die MAI und Isopropylalkohol (MAI / IPA, der zweite Vorläufer) enthält. Und hier findet die Reaktion vor Ort mit der Bildung des Perowskits statt. Der Prozess wird durch die Verwendung einer Heizvorrichtung abgeschlossen, die im Gegensatz zu der vorherigen Methode den einzigen Zweck hat, jegliche Spuren von Restlösungsmittel zu beseitigen.
Dieses Verfahren erlaubt eine bessere Kontrolle der Morphologie in Bezug auf das Schleuderbeschichten, wodurch das Auftreten größerer Unebenheiten in der Dicke des Perowskits vermieden wird, die zu einer schlechteren Funktion der Zelle führen würden.

Dual-Source-Bedampfung: Es ist derzeit die teuerste Methode, verspricht aber bemerkenswerte zukünftige Entwicklungen. Das Verfahren beinhaltet das Einbringen unseres Substrats in eine Maschine (unter Hochvakuumbedingungen gehalten), die die Dämpfe der zwei Vorläufer von unserem Interesse (zum Beispiel PbI 2 und MAI) bildet und dann gegen das Substrat schießt. in der Weise, dass sie interagieren, reagieren und schließlich ablegen. Im Vergleich zu den vorherigen Verfahren ist dies hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Filmabdeckung auf dem Substrat am besten.

Vorbehandelte Gasphasenabscheidung: Diese Methode kombiniert den sequentiellen Prozess und die Dampfphasen-unterstützte Abscheidung. Das Bleihalogenid wird durch Schleuderbeschichtung abgeschieden, und dann wird das MAI auf dem PbI bei 150 ° C für mindestens 2 Stunden in einer Stickstoffatmosphäre verdampft, um alles in Perowskit umzuwandeln.

Genau wie für die Doppelquellenaufdampfung (und im allgemeinen für alle Dampfphasenabscheidungsverfahren) ist die Superabdeckung des Films größer als diejenige, die in den mit Lösungen verarbeiteten Filmen gefunden wird.

Probleme
Die Einfachheit der Herstellungstechnik und die Kombination relevanter Eigenschaften, wie die direkte Bandlücke, die hohen Absorptionskoeffizienten, die ambipolare Ladungstransporteigenschaft, die hohen Werte der Leerlaufspannung und die Ladungsbeweglichkeit haben das Material mit hergestellt eine im Vergleich zu herkömmlichen Halbleitern äußerst wettbewerbsfähige perowskitische Struktur. Trotzdem müssen noch viele Faktoren optimiert werden, um eine konkrete Industrialisierung zu ermöglichen: langfristige Stabilität, die Wahl eines alternativen Werkstoffes für Blei, die übermäßigen Kosten für die Fertigstellung der Zelle, wie die Wahl der Schichttransporter von Löchern ( Lochtransportmaterial, HTM, in der Regel organische Materialien) und elektrischer Kontakt zur Sammlung von Ladungen (Edelmetalle wie Gold, Silber).

Eine große Herausforderung für Perowskit-Solarzellen (PSCs) ist der Aspekt der Kurz- und Langzeitstabilität. Die Instabilität der PSCs hängt hauptsächlich von den Umwelteinflüssen (Feuchtigkeit und Sauerstoff), der thermischen Beeinflussung (intrinsische Stabilität), der Erwärmung unter der angelegten Spannung, dem fotografischen Einfluss (ultraviolettes Licht) und der Zerbrechlichkeitsmechanik ab.
Ein wichtiger Faktor beim Betrieb jedes Geräts ist, dass es in der Luft ohne die Verwendung irgendeiner Art von Verkapselung stabil ist. Yang et al. Verglichen die Vorrichtungen, die in trockener Luft und in einer Stickstoffatmosphäre gelagert wurden, und zeigten, dass eine Luftverschlechterung des peroskitischen Materials von Omos (Organometallhalogenid) auftrat, wodurch die Notwendigkeit eines Schutzes hervorgehoben wurde. Kürzlich wurde gezeigt, dass die Verkapselung des Perowskit-Absorbers mit einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Verbundstoff und einer inerten Polymermatrix den sofortigen Abbau des Materials, das feuchter Luft bei erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist, erfolgreich verhindert. Kohlenstoff-Nanoröhren machen die Zelle sogar unter Bedingungen vollständiger Sonneneinstrahlung stabiler. Langzeitstudien und vollständige Verkapselungstechniken für Perowskit-Solarzellen sind jedoch noch nicht nachgewiesen worden.
Im Fall von Feuchtigkeit wurde entdeckt, dass es sowohl positive als auch negative Auswirkungen auf Perowskit-Solarzellen hat. Der Herstellungsprozeß bei der Filmbildung und Kornkantenbewegung unter kontrollierten Feuchtigkeitsbedingungen führt zu einer großen Kristallbildung und zu verminderten Filmfehlstellen. Diese Filmrekonstruktion beschleunigt die Keimbildung und Kristallisation der Perowskitphase. Eine kleine Menge Wasser hilft dabei, glatte und dichte Perowskitfilme zu erhalten.

Die Feuchtigkeit bleibt jedoch einer der Hauptgründe für den Abbau des Omh-PSC. Seoket al.empfehlen die Herstellung von Omh-PSC in einer kontrollierten Atmosphäre mit einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 1%.

UV-Bestrahlung kann die PSC-Leistung als Folge der Belichtung während des Langzeitbetriebs reduzieren. Bei der Realisierung von Vorrichtungen, bei denen die mesoporöse TiO2-Schicht mit einem Perowskit-Absorber sensibilisiert ist, wird eine UV-Instabilität festgestellt. Der Grund für die beobachtete Abnahme der Leistungsfähigkeit solcher Solarzellen liegt in der Wechselwirkung zwischen den photogenerierten Löchern im Inneren des TiO2 und den Sauerstoffradikalen auf der Oberfläche des TiO2. Die extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit von 0,5 W / (km) bei Raumtemperatur in CH3NH3PbI3 kann eine schnelle Ausbreitung von Wärme, die durch Licht abgeschieden wird, verhindern und die Zelle widerstandsfähig gegen thermische Spannungen halten, die ihre Dauer verringern können. Der PbI2-Rückstand in Perowskit-Filmen hat experimentell gezeigt, dass er die Langzeitstabilität der Vorrichtungen negativ beeinflusst. Es wird angenommen, dass das Stabilisierungsproblem gelöst wird, indem die organische Transportschicht durch eine Metalloxidschicht ersetzt wird, wodurch die Zelle nach 60 Tagen 90% Kapazität behalten kann.

Der Bereich der PSCs entwickelt sich rasant und die meisten Forschungsanstrengungen konzentrieren sich auf die Herstellung von Geräten mit besseren Wirkungsgraden. Ein ebenso wichtiges Thema, auf das wir uns konzentrieren, ist die Verbesserung der Stabilität. Gute Ergebnisse wurden bereits erzielt, da wir von wenigen Minuten auf Tausende von Stunden (2000 h) umgestellt haben. Die Kenntnis von Degradationsmechanismen, Strukturen und Phasenumwandlungen unter verschiedenen Betriebsbedingungen spielt eine Schlüsselrolle bei der Vorhersage des Materials und des Verhaltens des Bauelements.