Neue Materialeigenschaften bei Perowskiten eröffnen Horizonte für Spintronik und Quantencomputer
Perowskit-Materialien gelten als große Hoffnungsträger für eine neue Generation von hocheffizienten und kostengünstigen Solarzellen. Eine Gruppe am Institut für Photovoltaik der Universität Stuttgart unter Leitung von Prof. Michael Saliba zeigte nun, dass die Vielseitigkeit von Perowskiten noch viel weiter gedacht werden kann, nämlich im Bereich zweidimensionaler Materialien. Über die Forschung berichtete Nature Materials am 10.06.2021.
Perowskit-Solarzelle im HZB-Institut für Si-PV – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify
Bei Perowskiten (benannt nach dem russischen Mineralogen Lev Perovski – siehe: solarify.eu/perowskite) handelt es sich um eine neue Klasse von Halbleitern, die im gesamten sichtbaren Bereich Licht emittieren und absorbieren. Sie bestehen aus preiswerten, häufig vorkommenden Einzelkomponenten. Dies macht sie besonders interessant für zahlreiche Anwendungsfelder, primär Solarzellen, aber auch Leuchtdioden, Displays oder Sensoren in der Medizintechnik.
Dementsprechend gelten Perowskit-Materialien als große Hoffnungsträger für eine neue Generation hocheffizienter, kostengünstiger Solarzellen, sowohl als selbständige Technologie, als auch in Kombination mit bereits etablierten Silizium-Modulen. Dabei führte insbesondere die Möglichkeit, Perowskite als dünne Schichten auf biegbare, flexible Substrate aufzubringen, zu einem großen Echo in Forschung und Industrie, was sich in zahlreichen Publikationen und der Gründung vieler Startups niederschlägt.
Die Forschenden am Institut für Photovoltaik der Universität Stuttgart berichten nun in einer durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Arbeit, dass die Vielseitigkeit von Perowskiten auch auf den Bereich zweidimensionaler Materialien erweitert werden kann. So bestehen Perowskite aus vielen aufeinanderfolgenden zweidimensionalen Schichten. Bei Solarzellen braucht man diese vielen Schichten, damit ausreichend Sonnenlicht für die Elektrizitätsgewinnung aufgefangen werden kann. Allerdings kann man Perowskiten neue Materialeigenschaften entlocken, wenn eine einzelne, zweidimensionale Schicht alleine betrachtet wird. Hier wird die Bewegungsfreiheit der Ladungsträger eingeschränkt, was unter anderem zu quantenmechanischen Phänomenen führt.
„Perowskite eignen sich nicht nur als Solarzellen. Vielmehr können sie auch als sehr dünne Schichten aufgefasst werden, ähnlich zu zweidimensionalen Graphen, für welches 2010 der Nobelpreis vergeben wurde“, sagt Michael Saliba. „Dieser Perspektivenwechsel eröffnet Perowskiten neue Horizonte, beispielsweise im Bereich der Spintronik oder Quantencomputer. Die Erkenntnisse aus dieser Forschung können dann auch wieder Solarzellen zu neuen Höhenflügen verhelfen.“