Ein elektronischer Regenbogen: Perowskit-Spektrometer mit Tintenstrahldrucker
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Mit drei Perowskit-Vorläufertinten können unterschiedliche Metallhalogenidperowskite gedruckt werden. © 10.1002/adem.202101111
Mit einem Tintenstrahldruckverfahren haben Teams aus dem Innovation Lab HySPRINT am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) Photodetektoren auf Basis von hybriden Perowskit-Halbleitern produziert. Durch gezieltes Abmischen von nur drei „Tinten“ konnten sie die Eigenschaften des Halbleiters während des Druckvorgangs präzise einstellen. Der Tintenstrahldruck ist in der Industrie eine etablierte Herstellungsmethode, die eine schnelle und kostengünstige Verarbeitung von Lösungen ermöglicht. Die Ausweitung von der großflächigen Beschichtung auf die kombinatorische Materialsynthese eröffnet neue Möglichkeiten für die Herstellung verschiedener elektronischer Komponenten in einem einzigen Druckschritt.
Metallhalogenid-Perowskite sind eine faszinierende Materialklasse mit einem breiten Spektrum von möglichen Anwendungen in der Optoelektronik und Photovoltaik. Die Herstellung elektronischer Bauteile mit diesem Material ist besonders attraktiv, weil sie aus einer Lösung, d. h. aus einer Tinte, möglich ist. Kommerziell erhältliche Salze werden in einem Lösungsmittel gelöst und dann auf ein Substrat aufgebracht. Die Gruppe um Prof. Emil List-Kratochvil, Leiter einer gemeinsamen Forschungsgruppe am HZB und der HU, konzentriert sich darauf, solche Bauelemente mit Hilfe von Herstellungsverfahren wie dem Tintenstrahldruck herzustellen. Der Drucker trägt die Tinte auf ein Substrat auf und nach dem Trocknen bildet sich ein dünner Halbleiterfilm. Durch die Kombination mehrerer Schritte mit verschiedenen Materialien lassen sich Solarzellen, LEDs oder Photodetektoren in wenigen Minuten herstellen.
Kombinatorischer Ansatz
Der Tintenstrahldruck ist in der Industrie bereits eine etablierte Technik, nicht nur für Zeitungen und Zeitschriften, sondern auch für Funktionsmaterialien. Metallhalogenid-Perowskite sind für den Tintenstrahldruck besonders interessant, da ihre Eigenschaften durch ihre chemische Zusammensetzung eingestellt werden können. Forschungsgruppen am HZB haben bereits Solarzellen und LEDs aus Perowskiten im Tintenstrahldruck hergestellt. Diese Fähigkeiten wurden 2020 weiter ausgebaut, als die Gruppe von Dr. Eva Unger erstmals einen kombinatorischen Ansatz für den Tintenstrahl-Druck nutzte, um verschiedene Perowskit-Zusammensetzungen auf der Suche nach einem besseren Solarzellenmaterial zu drucken.
Gedrucktes Spektrometer
In der aktuellen Arbeit hat das Team um Prof. Emil List-Kratochvil nun eine spannende Anwendung für eine große Perowskit-Serie in wellenlängenselektiven Photodetektoren gefunden. "Der kombinatorische Tintenstrahldruck kann nicht nur zum Screening verschiedener Materialzusammensetzungen für Solarzellenmaterialien verwendet werden", erklärt er, "sondern ermöglicht uns auch die Herstellung mehrerer, separater Bauelemente in einem einzigen Druckschritt." Im Hinblick auf ein industrielles Verfahren würde dies die Produktion der unterschiedlichsten elektronischen Bauelemente ermöglichen. In Kombination mit gedruckten elektronischen Schaltkreisen würden Photodetektoren ein einfaches Spektrometer bilden: papierdünn, auf eine beliebige Oberfläche gedruckt, potenziell flexibel, ohne die Notwendigkeit eines Prismas oder Gitters zur Trennung der eingehenden Wellenlängen.
- Präzise Grenzflächenchemie steigert Wirkungsgrad von Perowskit-SolarzellenIm Rahmen einer internationalen Forschungskooperation wurde eine neue molekulare Strategie entwickelt, um eine der Grenzflächen in Perowskit-Solarzellen zu verbessern. Die daraus resultierenden Solarzellen erreichten in der n-i-p-Architektur einen Energieumwandlungswirkungsgrad von 26,19 % bei gleichzeitig hoher Betriebsstabilität unter längerer Bestrahlung und erhöhten Temperaturen. Die Ergebnisse wurden im „Journal of the American Chemical Society“ veröffentlicht.
- Perowskit-Dreifachsolarzellen: Noch effizienter mit GO/SAM DoppelschichtPerowskit-Halbleiter wandeln Sonnenlicht effizient in elektrische Energie um, darüber hinaus sind sie günstig und superleicht. Ein Team am HZB hat eine Dreifachsolarzelle aus drei unterschiedlichen Perowskit-Halbleitern mit einer neuartigen Doppelschicht aus Graphenoxid und SAM als Lochleiter entwickelt. Sie konnten zeigen, dass diese Doppelschicht sowohl den Wirkungsgrad als auch die Langzeitstabilität deutlich steigert. Der Wirkungsgrad der neuartigen Perowskit-Dreifachsolarzelle beträgt 27,3% und fällt auch nach mehr als 770 Stunden in Betrieb kaum ab. Die Studie ist in der renommierten Fachzeitschrift Joule erschienen.
- Green Deal Ukraїna auf der Ukraine Recovery ConferenceEnde Juni fand in Danzig, Polen, die Ukraine Recovery Conference (UCR2026) statt. Anders als bei den vorherigen Konferenzen wurde erstmals eine dedizierte Energieplattform eingerichtet, gemeinsam organisiert vom ukrainischen Energieministerium und dem polnischen Ministerium für Klima und Umwelt. Diese Energieplattform bündelte Diskussionen, Ankündigungen und Rahmenveranstaltungen und trug so zur besseren Sichtbarkeit und Koordinierung der Energiethemen bei. Green Deal Ukraїna, eine vom HZB koordinierte Initiative, organisierte im Rahmen der Konferenz drei Veranstaltungen zu Forschungs- und Energiethemen.