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Bachelor-/Masterprojekte
Sie interessieren sich für unsere Forschung? Das freut uns! Ob Sie nun lieber Solarzellen selber herstellen möchten, an Messaufbauten tüfteln oder physikalische Prozesse simulieren, wir finden bestimmt das Richtige. Für mögliche Themen für Bachelor-, Master-, oder Staatsexamensarbeiten sprechen Sie uns gerne an.
Mögliche Bachelor/Master-Projekte:
Optimierung von Perowskit-Solarzellen mit schmaler Bandlücke (NBG) für Tandemanwendungen (Bachelor)
Beschreibung des Projektes
Dieses Projekt konzentriert sich auf die Optimierung von Perowskit-Absorberschichten mit schmaler Bandlücke (NBG) für Tandemsolarzellenanwendungen. Das Ziel ist die Feinabstimmung der Zusammensetzung, der Verarbeitungsbedingungen und der Nachbehandlungen, um Schichten mit geeigneten Bandlücken (1,2-1,3 eV), hoher Kristallinität und geringer nicht-strahlender Rekombination zu erhalten. Sie werden NBG-Perowskit-Filme herstellen und diese mittels UV-Vis-Spektroskopie mit Tauc-Plot-Analyse zur Bestimmung der optischen Bandlücke sowie PLQY und zeitaufgelöster Photolumineszenz zur Bewertung der Strahlungseffizienz und der Ladungsträgerlebensdauer charakterisieren. Morphologie und Phasenreinheit werden mit Mikroskopie- und Röntgentechniken bewertet. Vielversprechende Absorberschichten werden in vollständige Solarzellen integriert, wobei die Leistung der Geräte durch JV-Scans, EQE-Messungen und Stabilitätstests bewertet wird. Mit Hilfe von Simulationen und experimentellen Studien zur Bandausrichtung soll der Ladungstransport an den Grenzflächen verstanden und optimiert werden, um die Entwicklung von effizienten, stabilen und skalierbaren NBG-Perowskit-Solarzellen für die Tandem-Photovoltaik der nächsten Generation voranzutreiben.
Zu erwerbende Fähigkeiten
Sie werden Fachkenntnisse in der Perowskit-Materialwissenschaft erwerben, insbesondere in der Synthese und Optimierung von NBG-Absorberschichten. Sie werden praktische Fähigkeiten in der Herstellung von Dünnschichten (z. B. Spin-Coating, thermisches Tempern) sowie optische und elektronische Charakterisierungstechniken wie UV-Vis-Spektroskopie, Tauc-Plot-Analyse, PLQY und zeitaufgelöstes PL entwickeln. Sie werden auch mit Werkzeugen zur Gerätecharakterisierung wie JV und EQE arbeiten und Modellierungstechniken für die Analyse der Bandausrichtung anwenden. Während des gesamten Projekts werden Sie Ihre Fähigkeiten zur Problemlösung, Datenanalyse und wissenschaftlichen Kommunikation verbessern und Erfahrungen mit der Arbeit in einem multidisziplinären Forschungsumfeld sammeln, das Materialwissenschaften, Physik und Ingenieurwesen miteinander verbindet.
Kontaktperson (englischsprachig): Gülüsüm Babayeva
Zwischenschichten für stabile Voll-Perowskit-Tandem-Solarzellen (Bachelor/Master)
Beschreibung des Projekts
Tandem-Solarzellen, die vollständig auf Perowskit-Absorbern basieren, gehören zu den vielversprechendsten Photovoltaik-Technologien der nächsten Generation. Durch das Stapeln einer oberen Perowskit-Zelle mit breiter Bandlücke (zur Absorption energiereicher Photonen) über einer unteren Perowskit-Zelle mit schmaler Bandlücke (zur Absorption energieärmerer Photonen) können diese Bauelemente die Effizienzgrenze von Solarzellen mit einem Übergang überschreiten und theoretische Wirkungsgrade von bis zu 44 % erreichen. Eine zentrale Herausforderung bei der Herstellung von monolithischen (2-Terminal-) Tandem-Solarzellen ist die Integration von Zwischenschichten, die die beiden Unterzellen elektrisch und optisch verbinden, ohne die Stabilität oder Leistung zu beeinträchtigen. Diese Zwischenschichten müssen chemisch kompatibel sein, eine effiziente Ladungsrekombination ermöglichen und idealerweise eine skalierbare Herstellung unterstützen. Unsere Gruppe stellt sich dieser Herausforderung, indem sie vakuumbasierte Sputtertechniken zur Abscheidung ultradünner und robuster Zwischenschichten einsetzt. Zu diesem Zweck haben wir eine neue Vakuumabscheidungsanlage erworben. Im Rahmen dieses Projekts können Sie an der Inbetriebnahme mitwirken und sie anschließend für die Herstellung und Optimierung von Tandem-Zwischenschichten nutzen.
Hauptaufgaben
- Unterstützung bei der Inbetriebnahme des neuen Vakuum-Sputter-Coaters, einschließlich Kalibrierung, Fehlersuche und Einrichtung sicherer Betriebsverfahren.
- Entwicklung und Optimierung von Sputtering-Protokollen für verschiedene Zwischenschichtmaterialien (z. B. Metalloxide, Rekombinationskontakte, Pufferschichten).
- Integration gesputterter Zwischenschichten in Vollperowskit-Tandembauelemente und Bewertung ihrer Auswirkungen auf Leistung und Langzeitstabilität.
- Zusammenarbeit mit anderen Teammitgliedern bei der Herstellung und Charakterisierung vollständiger Tandemsolarzellen.Zu erwerbende Fähigkeiten
Am Ende des Projekts werden Sie wertvolle interdisziplinäre Erfahrungen an der Schnittstelle von Materialwissenschaft, Photovoltaik und Vakuumtechnik gesammelt haben, einschließlich eingehender Kenntnisse über optoelektronische Perowskit-Materialien und Grenzflächentechnik für Tandemsolarzellen. Neben praktischen Kenntnissen in der Bedienung und Wartung von Vakuumabscheidungssystemen, insbesondere Sputtern, haben Sie Erfahrung mit einer Reihe von Charakterisierungstechniken wie JV (Strom-Spannungs)-Messungen, EQE (externe Quanteneffizienz), Ellipsometrie und hyperspektraler Photolumineszenz-Bildgebung für ortsaufgelöste Materialqualität. Dies wird Ihnen helfen, experimentelle Routinen und Protokolle für die reproduzierbare Herstellung von Bauelementen zu entwickeln und dadurch Ihre wissenschaftlichen Kommunikations- und Präsentationsfähigkeiten in einem unterstützenden, kollaborativen Teamumfeld zu stärken.
Zielgruppe
Dieses Projekt eignet sich ideal für Master- und motivierte Bachelor-Studenten der Physik, Chemie, Materialwissenschaften, Elektrotechnik oder verwandter Fachrichtungen. Wir suchen hoch motivierte Personen, die bereits Erfahrung im Labor haben und gerne selbstständig experimentelle Aufgaben bearbeiten. Ein starkes Interesse an erneuerbaren Energien und praktischer Fertigung ist unerlässlich. Frühere Erfahrungen mit Vakuumsystemen oder der Abscheidung von Dünnschichten (z. B. Spin-Coating, Sputtern, Aufdampfen) sind von Vorteil.
Startdatum: Sommer 2025
Kontaktperson: Christopher Janas
Optimierung der Lochtransportschicht (HTL) zur Verbesserung der Effizienz und Stabilität in Perowskit-Solarzellen (Bachelor/Master)
Beschreibung des Projektes
Perowskit-Solarzellen (PSCs) haben aufgrund ihrer bemerkenswerten Effizienz bei der Energieumwandlung und ihrer kostengünstigen Herstellungsverfahren große Aufmerksamkeit in der Photovoltaik-Forschung auf sich gezogen. Eine entscheidende Komponente, die sich auf die Leistung und Stabilität von PSCs auswirkt, ist die Lochtransportschicht (HTL), die eine effiziente Ladungsextraktion und einen effizienten Ladungstransport ermöglicht und gleichzeitig die Rekombinationsverluste an der Grenzfläche mildert. Herkömmliche einlagige HTLs weisen häufig Einschränkungen auf, wie z. B. eine suboptimale Ausrichtung der Energieniveaus, unzureichende Feuchtigkeitsbeständigkeit und thermische Instabilität, wodurch die Gesamteffizienz und Langlebigkeit des Bauelements eingeschränkt werden. Um diese Probleme zu überwinden, hat sich die Integration von Doppelschicht-HTLs als vielversprechende Strategie erwiesen. Durch die Kombination zweier komplementärer Materialien verbessert dieser Ansatz die Ladungstransportdynamik, optimiert die Ausrichtung der Grenzflächenenergie und verbessert die Umwelt- und Wärmestabilität von PSCs. Folglich bergen doppelschichtige HTLs ein erhebliches Potenzial für die Verbesserung der kommerziellen Rentabilität und der langfristigen Betriebsstabilität von photovoltaischen Technologien auf Perowskit-Basis.
Ziel dieses Projekts ist die Untersuchung, Optimierung und Implementierung verschiedener Lochtransportschichten (HTLs), einschließlich P3HT, NiOx und PEDOT, innerhalb der Struktur von Doppelschicht-HTLs in Perowskit-Solarzellen. Ziel ist es, sowohl den Wirkungsgrad (Power Conversion Efficiency, PCE) als auch die Betriebsstabilität dieser Solarzellen zu verbessern und damit zu ihrer Gesamtleistung und Haltbarkeit beizutragen.Zu erwerbende Fähigkeiten
In diesem Projekt werden Sie praktische Erfahrungen bei der Herstellung von Perowskit-Solarzellen mit lösungsbasierten Verfahren sammeln. Darüber hinaus werden Sie die Möglichkeit haben, eine umfassende Reihe von optoelektronischen Charakterisierungsmethoden anzuwenden, die von grundlegenden Strom-Spannungs-Messungen (I-V) bis hin zu fortgeschrittenen Techniken wie Photolumineszenz-Quantenausbeute (PLQY), Photolumineszenz-Bildgebung (PL) und zeitaufgelöster PL (TRPL) reichen. Darüber hinaus werden Sie die Langzeitstabilität der hergestellten Bauelemente mit Hilfe unserer speziellen Alterungsstation bewerten, die wertvolle Einblicke in deren Degradationsmechanismen und Betriebslebensdauer bietet.
Kontaktperson (englischsprachig): Ali Reza Nazari Pour
Optimierung von Grenzflächen in p-i-n-Perowskit-Solarzellen (Bachelor)
Beschreibung des Projektes
Dieses Projekt konzentriert sich auf die Optimierung der Grenzflächen in p-i-n-Perowskit-Solarzellen, um deren Effizienz und Stabilität zu verbessern. Die Grenzflächen spielen eine entscheidende Rolle bei der selektiven Ladungsextraktion, den Rekombinationsprozessen und der Gesamteffizienz der Bauelemente. Im Rahmen der Studie werden geeignete Grenzflächenmaterialien identifiziert und getestet, um die Ladungsextraktion zu verbessern und Rekombinationsverluste zu minimieren. Außerdem werden fortschrittliche Abscheidungsmethoden wie die Atomlagenabscheidung (ALD) eingesetzt, um glatte, defektfreie Grenzflächen zu schaffen. Sie werden Perowskit-Solarzellen herstellen und fortschrittliche Charakterisierungstechniken wie Photolumineszenz- und Strom-Spannungs-Messungen anwenden, um die Leistung der Grenzflächen zu bewerten. Darüber hinaus werden Modellierung und Simulation zum Verständnis der Ladungsdynamik und zur Optimierung der Energiebandausrichtung beitragen. Darüber hinaus sollen die Auswirkungen der Grenzflächen auf die Langzeitstabilität bewertet werden. Diese Arbeit soll wertvolle Einblicke in die Rolle von Grenzflächen in Perowskit-Solarzellen liefern und Strategien zur Verbesserung ihrer Leistung vorschlagen, um so zur Weiterentwicklung einer skalierbaren und nachhaltigen Photovoltaik-Technologie beizutragen.
Zu erwerbende Fähigkeiten
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Vielzahl von Fähigkeiten erworben, darunter Kenntnisse über die Eigenschaften und das Verhalten von Perowskiten und Grenzflächenmaterialien, die bei der Herstellung von Solarzellen verwendet werden. Es werden praktische Erfahrungen mit Dünnschichtabscheidungsmethoden wie Spin-Coating, thermisches Verdampfen und Sputtern gesammelt sowie Kenntnisse in fortgeschrittenen Charakterisierungstechniken wie zeitaufgelöste und absolut kalibrierte Photolumineszenz sowie Strom-Spannungs-Messungen zur Bewertung der Material- und Geräteleistung. Datenanalyse und computergestützte Modellierung werden zur Untersuchung der Ladungsdynamik und zur Optimierung von Grenzflächen eingesetzt. Problemlösungs- und Projektmanagementfähigkeiten werden durch die Planung von Experimenten und die Fehlersuche entwickelt, während die wissenschaftliche Kommunikation durch das Verfassen und Präsentieren von Ergebnissen verfeinert wird. Die Zusammenarbeit in einem multidisziplinären Umfeld wird die Fähigkeit zur Integration von Materialwissenschaft, Physik und Technik für innovative Lösungen verbessern.
Kontaktperson (englischsprachig): Gülüsüm Babayeva