Perowskit-Solarzellen gelten aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Herstellungskosten und hohen Umwandlungseffizienz als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Silizium-Photovoltaikzellen. Defekte im Perowskit-Dünnfilm behindern jedoch den effizienten Ladungstransport, was zu Energieverlusten führt und die Langzeitstabilität der Zelle beeinträchtigt.

Die Passivierung ist eine der wichtigsten Strategien zur Verbesserung der Leistung von Perowskit-Solarzellen. Sie wird typischerweise durch die Einbringung spezifischer Salze oder organischer Moleküle in den Dünnfilm erreicht. Diese Additive können an Materialdefekte binden und so deren Einfluss auf den Stromfluss reduzieren. Aufgrund von Einschränkungen bei den Charakterisierungstechniken hatten Wissenschaftler jedoch lange Schwierigkeiten, die tatsächlichen Auswirkungen verschiedener Passivierungsmethoden im Dünnfilm direkt zu überprüfen. Kürzlich hat ein Forschungsteam am Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering der Chinesischen Akademie der Wissenschaften einen Fortschritt erzielt, indem es eine elektrische 3D-Bildgebungstechnik entwickelt hat, die den Passivierungsmechanismus in Perowskit-Dünnfilmen direkt beobachten kann. Die relevanten Forschungsergebnisse wurden am 31. Dezember in der Fachzeitschrift *Newton* veröffentlicht.

Diese neue Technik basiert auf leitfähiger Rasterkraftmikroskopie (TC-AFM). Die Forscher rekonstruierten ein dreidimensionales Bild des Ladungstransportwegs im Perowskitfilm, indem sie ultradünne Schichten mit nanometergenauer Präzision abtrugen und gleichzeitig die lokale Leitfähigkeit jeder Schicht maßen. Mithilfe dieser 3D-Bildgebungstechnik verglich das Team systematisch die elektrischen Eigenschaften von Filmen, die mit verschiedenen Passivierungsstrategien behandelt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass der unbehandelte Film große Bereiche mit geringer Leitfähigkeit aufwies, was den Ladungstransport stark einschränkte. Der mit Volumenpassivierung behandelte Film reduzierte hingegen die Bereiche mit hohem Widerstand (insbesondere an den Korngrenzen) deutlich. Die Oberflächenpassivierung verbesserte primär die Leitfähigkeit nahe der oberen Grenzfläche des Films, was für die Geräteintegration entscheidend ist.

Weitere Untersuchungen ergaben, dass der mit Volumen- und Oberflächenpassivierung behandelte Perowskitfilm das gleichmäßigste und durchgängigste Leitungsnetzwerk aufwies, wobei die verbleibenden Bereiche mit geringer Leitfähigkeit hauptsächlich auf die Oberflächenschicht beschränkt waren. „Diese mikroskopischen elektrischen Eigenschaften stehen in engem Zusammenhang mit der endgültigen Leistung der Solarzelle und stellen eine direkte Verbindung zwischen dem dreidimensionalen Ladungstransport im Dünnfilm und dem Gesamtwirkungsgrad des Bauelements her“, so Professor Chuanxiao Xiao, der korrespondierende Autor der Studie. Diese dreidimensionale Bildgebungstechnik bietet ein leistungsstarkes neues Werkzeug zur Bewertung und Optimierung von Passivierungsstrategien und dürfte die Entwicklung hochwertigerer, effizienterer und stabilerer Perowskit-Solarzellen sowie die Weiterentwicklung verwandter optoelektronischer Bauelemente vorantreiben.

Weitere Informationen: Autoren: Minghui Li et al., Titel: „Dreidimensionale Kartierung des elektrischen Verhaltens von Perowskit-Dünnfilmen mittels tomographischer leitfähiger Rasterkraftmikroskopie“, veröffentlicht in: Newton (2025).