Das blaue Wunder

Perowskit-Kristalle sind die neuen Hoffnungsträger für billige und dennoch effiziente Solarzellen. Speziell die sogenannten organisch-anorganischen Metall-Halid-Perowskite gehören dabei zu den spannendsten Neuentdeckungen der letzten Jahre im Bereich der Photovoltaik. Innerhalb von weniger als fünf Jahren konnten Forscher den Wirkungsgrad von Perowskit-Zellen von vier auf mehr als 20 Prozent steigern. Damit überholten die neuen Solarzellen viele gängige Alternativen wie Organische Solarzellen. Verblüffend dabei ist, dass sich Perowskite nicht nur als Solarzellen eignen, sondern hervorragende lichtemittierende Qualitäten vorweisen.

So haben Forscher um Dr. Alexander Urban am Lehrstuhl für Photonik und Optoelektronik der LMU (Professor Jochen Feldmann) erstmals atomar dünne Perowskit-Nanokristallplättchen erzeugt, deren Leuchtfarbe stark von ihrer Dicke abhängt. Dabei sind diese Plättchen etwa 300 Mal dünner als die Filme, die bisher gewöhnlich für Solarzellen verwendet wurden. „Ich konnte es kaum glauben, als ich im Elektronenmikroskop gesehen habe, wie hauchdünn diese Plättchen waren“, sagt Jasmina Sichert, Erstautorin der Studie und Doktorandin am Lehrstuhl Feldmann. Die Forscher variierten dabei gezielt die Konzentrationen der organischen Komponenten und konnten somit Nanoplättchen erzeugen, die weniger als einen Nanometer dick waren, in der Größenordnung einzelner Atome. „Es hat mich absolut verwundert, dass die Nanoplättchen trotz ihrer riesigen Oberfläche so intensiv blau leuchteten“, sagt Alexander Urban. Die winzigen Partikel besaßen Eigenschaften, die sich nicht mehr aus dem klassischen Weltbild heraus erklären ließen, sondern nur durch die Quantenmechanik, was die Forscher auch durch Berechnungen belegen konnten.

Gleichzeitig wurden die optischen Eigenschaften stark verändert: Die Nanoplättchen strahlten Licht aus, dessen Farbe stark von der Dicke abhing. Die Forscher konnten diese jeweils um einzelne Kristalllagen erhöhen und somit die Farbe von violett über blau nach grün verändern. „Wir wollen die Durchstimmbarkeit der Perowskit-Nanokristalle noch weiter vom Ultravioletten bis ins Nahinfrarote ausdehnen und somit den Weg ebnen für effiziente, günstige LEDs mit annähernd beliebiger Farbwiedergabe“ sagt Jochen Feldmann. Zudem könnten sich die Nanoplättchen auch hervorragend für den Einsatz in Lasern eignen.(Nano Letters, Oktober 2015)