Der lange Weg zu einer neuen Solarzelle

In letzter Zeit haben einige Perovskite als ein leicht zu verarbeitendes Grundmaterial für Solarzellen von sich reden gemacht und wecken die Hoffnung auf billigeren Strom aus Sonnenlicht.

Wissenschaftler aus Katar und Zürich haben nun erstmals die komplexe Struktur dieses Materials durch eine Computersimulation untersucht. Sie besteht aus einem Methlyammonium Kation und einem Triiod-Plumbat Anion (aus einem Bleiatom und drei Iod Atomen). Insgesamt simulierten sie die Bewegungen von knapp 1300 Atomen über einen Zeitraum von 40 Picosekunden.

kristall

Von Interesse war dabei vor allem, wie sich die einzelnen Teile räumlich koordinieren und welche Kräfte zwischen ihnen wirken. Vor allem dann, wenn die Kristallstruktur auf die normalen Umgebungstemperaturen aufgeheizt wird und alle Atome in der Struktur anfangen herum zu zappeln.

Dieser Perovskit ist vor allem in seiner Eigenschaft als Halbleiter für Solarzellen interessant. Die Elektronen können sich normalerweise nicht frei in dem Kristall bewegen, das können sie nur, wenn man sie mit ausreichend viel Energie anstößt. Mit so viel Energie kommen sie in das sogenannte Leitungsband des Halbleiters.

Je nach dem, wie sich die Mikrostruktur des Kristalls durch das Zappeln der Atome aber ändert, ändert sich auch die Energie die man braucht um ein Elektron in dieses Leitungsband zu befördern.

Die Ergebnisse der Studie sind in keiner Weise spektakulär. Wie es die meisten Studien sind. Immerhin zeigte sie den Forschern, dass eine Simulation mit weniger Atomen und einem noch kleineren Teil des Kristallgitters zu falschen Ergebnissen kommt. Normalerweise versucht man aber auf solchen Aufwand zu verzichten, denn um so weniger Atome simuliert werden müssen, um so länger kann man die Simulation laufen lassen und vielleicht noch weitere Phänomene untersuchen, die sich in den 40 Pikosekunden nicht zeigen.

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