Metallhalogenid-Perowskite sind vielversprechende Materialien für hocheffiziente Photovoltaik-Bauelemente der nächsten Generation. Die Sprühbeschichtung, ein skalierbares, berührungsloses Lösungsverfahren für komplexe Substrate, wies aufgrund der Schwierigkeit, den Kristallisationsprozess zu kontrollieren, lange Zeit Leistungseinschränkungen gegenüber der Spinbeschichtung und anderen Methoden auf. Kürzlich entwickelte ein Forschungsteam des Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eine Strategie der eingeschränkten Kristallisation, die die Qualität und Leistung von Perowskit-Dünnschichten aus Sprühbeschichtung effektiv verbessert. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift *Joule* veröffentlicht.

Diese Strategie erzeugt ein lokal hochkonzentriertes Vorläufersystem innerhalb eines einzelnen Sprühtropfens und führt ein schwaches Ligandenlösungsmittel ein. Dadurch wird die Diffusion bestimmter Kationen eingeschränkt und gleichzeitig deren Wechselwirkung mit Blei-Iod-Koordinationskomplexen verstärkt. Dieses Verfahren rekonstruiert den Kristallisationsweg von der Quelle aus, unterdrückt lösungsmittelvermittelte Zwischenphasen und Nebenreaktionen, fördert eine gleichmäßige Vorkeimbildung im Tröpfchen und ermöglicht so die direkte Abscheidung hochkristalliner α-Perowskit-Dünnschichten. Durch dieses Sprühverfahren wird die Dichte der Defektzustände in der Dünnschicht auf einen niedrigen Wert von etwa 10¹⁴ cm⁻³ reduziert.

Das Forschungsteam kombinierte maschinelles Lernen, um die Parameter des Sprühprozesses zu optimieren und erreichte so einen photoelektrischen Wirkungsgrad von 25,5 % bei sprühbeschichteten Perowskit-Solarzellen sowie einen zertifizierten Wirkungsgrad von 25,2 %. Darüber hinaus stellten sie Mikromodule mit Wirkungsgraden von über 22,5 % her, deren Leistung vergleichbar mit der aktueller, fortschrittlicher spinbeschichteter Bauelemente ist. Diese Methode erweitert das Prozessumgebungsfenster erheblich und ermöglicht die Herstellung hocheffizienter Bauelemente bei etwa 80 % relativer Luftfeuchtigkeit. Auf komplexen, gekrümmten Substraten wurden Wirkungsgrade von über 23,2 % erzielt.

Diese Arbeit überwindet die Grenzen herkömmlicher planarer Fertigungstechniken und demonstriert das Potenzial von Sprühverfahren zur Herstellung hocheffizienter, feuchtigkeitsbeständiger Perowskit-Bauelemente. Sie bietet eine neue Lösung für die Fertigung optoelektronischer Perowskit-Bauelemente mit komplexen Geometrien und für die Massenproduktion.

Weitere Informationen: Autoren: Xiaopeng Feng et al., Titel: „Strategie der eingeschränkten Kristallisation für hochwertige Perowskit-Dünnschichten für fortschrittliche Photovoltaik-Bauelemente“, veröffentlicht in: Joule (2025). Zeitschrifteninformationen: Joule