Electrical characterization of mobile ions in perovskite solar cells
Meettechnieken voor mobiele ionen in perovskietzonnecellen
In de afgelopen jaren hebben zonnecellen op basis van metaalhalide perovskieten veel aandacht gekregen als veelbelovende kandidaten voor de volgende generatie zonnecellen, vanwege de snelle stijging van hun efficiëntie. De commercialisering ervan wordt echter nog steeds belemmerd door een onvoldoende lange termijn-stabiliteit. Een centrale oorzaak van deze beperkte stabiliteit is de migratie van mobiele ionen binnen de perovskietlaag. Deze ionen dragen bij aan verschillende verliesmechanismen die de prestaties van de zonnecel verminderen. Hun migratie verlaagt namelijk belangrijke fotovoltaïsche parameters, zoals de kortsluitstroomdichtheid, de open-klemspanning en de vulfactor, wat uiteindelijk de efficiëntie vermindert. Om dit probleem aan te pakken zijn nauwkeurige methoden nodig om de eigenschappen van mobiele ionen te kwantificeren.
In zijn proefschrift richt Moritz Schmidt zich op de ontwikkeling en toepassing van elektrische meettechnieken om mobiele ionen in perovskietzonnecellen te bestuderen en te kwantificeren. Door experimentele metingen te combineren met drift-diffusiesimulaties laat hij zien hoe mobiele ionen de waarneembare elektrische respons beïnvloeden, zoals de capaciteit en de stroom van perovskietzonnecellen.
Schmidt concentreert zich op eerder toegepaste technieken zoals stroom- en capaciteitstransiënten of capaciteits-frequentiemetingen, maar ontwikkelt ook een geheel nieuwe techniek, genaamd thermally activated ion current (TAIC) metingen. Het theoretisch begrip van de verschillende technieken maakt het mogelijk om belangrijke eigenschappen van mobiele ionen te bepalen, zoals hun dichtheid, diffusiecoëfficiënt en activeringsenergie.
Al met al bieden de resultaten die in dit proefschrift worden gepresenteerd een uitgebreid theoretisch inzicht in mobiele ionen, wat hun kwantificering vergemakkelijkt. Deze kwantificering is een cruciale stap richting het verbeteren van de stabiliteit en uiteindelijk de commercialisering van perovskietzonnecellen.
Moritz Schmidt voerde zijn onderzoek uit bij het Zernike Institute for Advanced Materials, afdeling Photophysics and OptoElectronics, met financiering van het European Research Council.