Vorlesungen und Skripte

Skripte und Software

Bestimmung des Wirkungsgrads von PV unter künstlicher Beleuchtung Der Zweck dieses Skripts ist es, den Wirkungsgrad einer Solarzelle bei einer bestimmten Beleuchtungsstärke (z.B. 200 Lux) für ein beliebiges Lichtquellenspektrum (z.B. eine bestimmte LED) zu berechnen. Es geht darum, den Wirkungsgrad bei verschiedenen Beleuchtungsstärken oder bei gleicher Beleuchtungsstärke, aber mit verschiedenen Lichtquellen, z.B. unterschiedlicher Farbtemperatur, vergleichen zu können. Das Skript benötigt die Spektren der Lichtquellen auf einer relativen Skala und den externen Quantenwirkungsgrad der Solarzelle sowie Füllfaktor und Leerlaufspannung bei etwa der richtigen Beleuchtungsstärke. Der Vorteil des Ansatzes besteht darin, dass das Skript keine tatsächlich gemessene JV-Kurve einer Zelle unter einer bestimmten Beleuchtung benötigt, sondern auf der Grundlage des externen Quantenwirkungsgrads berechnet, wie hoch der Kurzschlussstrom und der Wirkungsgrad sein sollten. Für weitere Informationen über die Anwendung des Skripts siehe: Lübke, D., Hartnagel, P., Angona, J., & Kirchartz, T. (2021). Comparing and Quantifying Indoor Performance of Organic Solar Cells. Advanced Energy Materials, 11(34), 2101474. doi:https://doi.org/10.1002/aenm.202101474

Wie man V_OC Verluste und Q^_eLED berichten sollte Dieses Skript bestimmt die maximal erreichbare Leerlaufspannung, V_OC^rad (d.h. die V_OC im Strahlungslimit), einer Solarzelle aus ihren realen optischen Eigenschaften, indem es ihre externen Quanteneffizienzdaten (EQE) auswertet. Darüber hinaus berechnet es die nicht-strahlenden Spannungsverluste (∆V_OC^NR) und den entsprechenden externen Lumineszenz-Quantenwirkungsgrad (QeLED) unter Verwendung der gemessenen V_OC.

Krückemeier, L., Rau, U., Stolterfoht, M., & Kirchartz, T. (2020). How to Report Record Open-Circuit Voltages in Lead-Halide Perovskite Solar Cells. Advanced Energy Materials, 10(1), 1902573. doi:https://doi.org/10.1002/aenm.201902573

https://emerging-pv.org/data/ Die Emerging Photovoltaics Reports Initiative (EPVRI) ist ein akademischer, internationaler Rahmen für die Sammlung, Präsentation und Analyse von Daten über die besten Ergebnisse bei der Erforschung neuer photovoltaischer Materialien, z. B. organischer, Perowskit- oder Farbstoff-basierter Solarzellen.

Sie soll als Referenz für bewährte Verfahren und Berichte über den neuesten Stand der Technik dienen, die in regelmäßigen Veröffentlichungen des EPVRI-Organisationskonsortiums in der Zeitschrift Advanced Energy Materials (AEM) zusammengefasst werden.

Der Schwerpunkt liegt auf den leistungsfähigsten Bauelementen in Bezug auf Effizienz, Flexibilität, Transparenz und Fotostabilität, die in von Fachleuten referierten, wissenschaftlichen Veröffentlichungen ordnungsgemäß beschrieben werden, um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten.

Weitere Informationen finden Sie auch unter Almora et al. (2023) Device Performance of Emerging Photovoltaic Materials (Version 3). Advanced Energy Materials 13 (1) 2203313. https://doi.org/10.1002/aenm.202203313

Vorlesungen und andere Präsentationen

Defektdichten und Ladungsträgerlebensdauern in Blei-Halogenid-Perowskiten

Dieser Vortrag war Teil der HOPV22-Konferenz, die 2022 in Valencia stattfand. Um die Wirkungsgrade und insbesondere die Leerlaufspannungen von Perowskit-Solarzellen weiter zu verbessern, ist es wichtig, die nicht-strahlende Rekombination und ihre Beziehung zu Defektdichten zu verstehen. In diesem Vortrag wurde über unsere jüngsten Erkenntnisse zur Messung und Quantifizierung sowohl der Defektdichten als auch der Abklingzeiten als Test für die Stärke der Rekombination berichtet. Defektdichten werden häufig mit Methoden gemessen, die auf der Messung der Ladungsdichte in diesen Defekten beruhen. Beispiele für solche Methoden sind kapazitive Methoden sowie die Messung unipolarer Stromspannungskurven (oft als raumladungsbegrenzte Strommessungen bezeichnet), bei denen der Anstieg der Spannung im Limit gefüllter Defekte bewertet wird. Alle diese Methoden werden in der Regel an Sandwich-Bauelementen durchgeführt, bei denen die Volumenladungsdichten mit der Ladung pro Fläche auf den Elektroden konkurrieren müssen. Wenn die Volumendichten zu gering sind, um eine kurze Debye-Länge unterhalb der Dicke des Halbleiters zwischen den Elektroden zu verursachen, würde die Volumenladung der Defekte die Messung nicht beeinflussen. Wir konnten zeigen, dass dies wahrscheinlich oft bei Dünnschichtbauelementen der Fall ist, nicht aber bei Einkristallen. Daher führen diese Methoden zu einer künstlichen Verzerrung, die dazu führt, dass dünnen Filmen höhere Defektdichten zugeordnet werden als Einkristallen [1-2]. Eine auffällige Beobachtung im Zusammenhang mit der Messung von Rekombinationslebensdauern sind die enormen Diskrepanzen, die typischerweise für an dünnen Schichten und an Bauelementen gemessene Lebensdauern angegeben werden. In der Regel weisen die Bauelemente längere Lebensdauern auf, obwohl sie mehr Grenzflächen und typischerweise höhere Rekombinationsraten bei einer bestimmten Fermi-Niveau-Aufspaltung aufweisen als gut passivierte Schichten. Diese zunächst überraschende Eigenschaft lässt sich verstehen, wenn man die Unterschiede zwischen den tatsächlichen Lebensdauern aufgrund von Rekombination und einem allgemeineren Konzept von Abklingzeiten betrachtet, die auf Rekombination, Extraktion, Injektion und kapazitive Auf- und Entladung von Elektroden zurückzuführen sein können. Wir entwickeln einen recht einfachen, analytischen Ansatz zur Beschreibung der Abklingzeiten bei elektrischen und optischen Transientenmessungen.

Eine Einführung in die Bauelementphysik von Perowskitsolarzellen | Thomas Kirchartz

Diese Einführung in eine ganze Videoreihe richtet sich an Forscher in der #Photovoltaik-Community, mit besonderem Schwerpunkt auf #Perowskit-Solarzellen. Sie werden Antworten auf Fragen finden wie: Was ist ein Banddiagramm und wie zeichnet man es? Wie misst man die #elektrostatischen Eigenschaften? Welche Arten von Übergängen gibt es in einer Perowskit-#Solarzelle? Diese Vorlesungen sind Teil der Online-Schule über die Grundlagen neuartiger Solarzellen (#PVSCHOOL), die vom 10. bis 12. Februar 2021 stattfand: https://www.nanoge.org/PVSCHOOL/home Entdecke mehr auf https://www.nanoge.org/

Auswirkungen von Defekten auf Halogenid-Perosvkit-Solarzellen

Defekte sind ein wichtiges Forschungsfeld für jedes photovoltaische Material. Der Vortrag versucht, drei Fragen zu beantworten: Spielen Defekte in Blei-Halogenid-Perowskit-Solarzellen eine Rolle, spielen sie im Volumen oder an den Grenzflächen eine Rolle und schließlich, wo in der Bandlücke befinden sich diese Defekte? nanoGe Educational Resources sind eine Reihe von Lehrmaterialien, die Forschern, Lehrern und Studenten bei ihrer Ausbildung in den Bereichen Perowskite und Photovoltaik helfen sollen. Entdecken Sie mehr auf nanoge.org

Basita Das: Parameterabschätzung in Perowskit-Solarzellen mit Bayes'scher Inferenz

In einer Perowskit-Solarzelle kann die Ursache für eine unzureichende Leistung an einer Vielzahl unterschiedlicher Phänomene liegen, z. B. an der Rekombination im Volumen oder an der Grenzfläche, am schlechten Transport in den Kontaktschichten oder an Bandoffsets an den Grenzflächen. Die Unterscheidung zwischen diesen Mechanismen erfolgte bisher durch die Anwendung verschiedener Charakterisierungsmethoden an den Proben und die anschließende Datenanalyse, die häufig die Anpassung analytischer Gleichungen oder numerischer Modelle an die Messdaten beinhaltet. Solche Charakterisierungstechniken können zeitaufwändig sein und zerstören oft das Bauelement. Außerdem sind die Modelle, die zur Anpassung und Analyse der Daten verwendet werden, oft zu stark vereinfacht, um wirklich alle notwendigen physikalischen Phänomene zu erfassen, die für das Verständnis der Messung relevant sind. Idealerweise kann man versuchen, komplexere Modelle an die Charakterisierungsdaten anzupassen, aber die schiere Anzahl der Parameter, die normalerweise in einen Bauelementsimulator zur Verfügung stehen, und die Korrelation zwischen den Parametern machen das Problem mit herkömmlichen Methoden quasi unlösbar. Außerdem ergibt eine solche rudimentäre Parameteranpassung in der Regel nur einen Satz von Parametern, der die Daten einigermaßen gut abbildet, sagt aber nichts darüber aus, ob diese Parameterkombination eindeutig ist oder ob es eine Korrelation zwischen den Parametern gibt. Informationen über die Korrelation zwischen den Parametern sind nicht nur aus Sicht der Bauelementoptimierung wichtig, sondern können uns auch mehr über die zugrundeliegende Physik lehren, die die Funktionalität des Bauelements steuert.

In dieser Präsentation stellen wir eine schnelle, zerstörungsfreie Methode zur Parameterabschätzung vor. Diese Methode kombiniert die Bayes'sche Inferenz mit spannungsabhängigen Strom- und Photolumineszenz-Messungen an Perowskit-Solarzellen. Anhand der abgeleiteten Parameter können wir feststellen, welcher Bereich oder welche Schicht in unserem Schichtsystem die Leistung des Bauelement limitiert. Solche Informationen sind nützlich für die Optimierung des Bauelements. Bayes'sche Inferenzmethoden wurden bisher im Bereich der Solarzellen für gut untersuchte Solarzellentechnologien wie Si-Solarzellen sowie für Materialsysteme wie SnS-Solarzellen eingesetzt, bei denen die Zahl der unbekannten Parameter gering ist [1-3]. In Fällen, in denen die Anzahl der Unbekannten gering ist, hat die Parameterschätzung nur mit temperatur- und beleuchtungsabhängigen Strom-Spannungs-Kurven gute Ergebnisse geliefert. Dies ist jedoch das erste Mal, dass wir sie für Perowskit-Solarzellen verwenden, die etwas komplizierter sind, da die Zahl der unbekannten Parameter viel größer ist als bei anderen Solarzellentechnologien.
[1] R. E. Brandt, R. C. Kurchin, V. Steinmann, D. Kitchaev, C. Roat, S. Levcenco, G. Ceder, T. Unold, T. Buonassisi, Joule 2017, 1, 843.
[2] R. Kurchin, G. Romano, T. Buonassisi, Comput. Phys. Commun. 2019, 239, 161.
[3] R. C. Kurchin, J. R. Poindexter, V. Vähänissi, H. Savin, ¶ Carlos Del Cañizo, T. Buonassisi, How Much Physics Is in a Current-Voltage Curve? Inferring Defect Properties from Photovoltaic Device Measurements, 2019.

Präsentationen und Vorträge

Die pdf-Dateien der Präsentationen finden Sie über die Links zu den Dateien.