Perowskite sind eines der vielversprechendsten Materialien f ¨ ur die n¨achste Generation von Solarzellen, insbesondere die Kombination einer Perowskit Topsolarzelle mit einer Silizium Bottomsolarzelle in einer Tandemsolarzelle. Perowskitsolarzellen werden jedoch durch verschiedene Umwelteinfl¨ usse beeintr¨achtigt, und sowohl die Langzeitstabilit¨at als auch die Reproduzierbarkeit des Herstellungsprozesses sind nach wie vor wichtige Probleme, die noch nicht gel¨ost sind. In dieser Arbeit werde ich die Herstellung von Perowskitsolarzellen mit dem aufgedampften Perowskit MAPbI3 detailliert beschreiben. Ich werde zeigen, dass diese Solarzellen derzeit vor allem unter zwei Mechanismen leiden, die denWirkungsgrad begrenzen und eine Degradation verursachen. Der erste ist die Degradation durch Feuchtigkeit, die haupts¨achlich durch hygroskopisches MAI in der Perowskitschicht verursacht wird, da unsere Prozessierung und Messung teilweise in Umgebungsatmosph¨are stattfindet. Der zweite Effekt wird durch Ionenbewegung im Perowskit verursacht, die Hystereseeffekte und, sobald die Metallelektrode der Perowskitsolarzelle abgeschieden ist, auch langfristige Degradation verursacht. Ich werde skizzieren, wie beide Effekte in Zukunft durch Optimierungen der Herstellungs- und Messbedingungen bestimmt und minimiert
werden k¨onnen. Erste Experimente mit einigen dieser Optimierungen zeigen bereits Zellwirkungsgrade von bis zu 17%. Im zweiten Teil dieser Arbeit werde
ich optische Simulationen sowohl von Perowskit-Single-Junction Solarzellen als
auch von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen vorstellen. F¨ ur die Perowskit-
Single-Junction Solarzellen mit aufgedampftem MAPbI3 werde ich ein effektives
Medium-Modell vorstellen, das verwendet werden kann, um variierende Absorption
in PbI2 reichen MAPbI3 zu beschreiben. F¨ ur die Tandemsolarzellen werde
ich die Auswirkungen der Vorder- und R¨ uckseitentextur sowie einen neuartigen
Poly-Silizium-Rekombinations ¨ ubergang zwischen den Perowskit- und Silizium-
Subzellen auf die Stromerzeugung untersuchen.
Perovskites are one of the most promising materials for next generation photovoltaics, especially the combination of a perovskite top solar cell with a silicon
bottom solar cell in a tandem solar cell. Perovskite solar cells however suffer
from degradation due to several ambient effects and long term stability as well
as process reproducibility are still major issues to overcome. In this thesis I will
explain the processing of perovskite solar cells with the evaporated perovskite
MAPbI3. I will show that these devices currently suffer mostly from two effects
that limit efficiency and cause degradation. The first is degradation due to moisture
mainly caused by hygroscopic MAI in the perovskite layer, since our processing
and measurement partially takes place in ambient atmosphere.The second
effect is caused by ionic movement in the perovskite, which causes hysteresis effects
as well as long term degradation once the metal electrode of the perovskite
solar cell is deposited. I will outline how to measure and minimize both effects
in future with optimisations in the processing and measurement conditions. First
experiments including some of these optimisations already show cell efficiencies
up to 17%. In the second part of this work I will present optical simulations of
both single-junction perovskite and perovskite-silicon tandem solar cells. For the
perovskite single-junction cells with evaporated MAPbI3 I will present an effective
medium model that can be used to identify the varying absorption in the
PbI2 rich MAPbI3. For the tandem solar cells I will discuss the optical effects of
front and rear side texture as well as a novel poly-silicon recombination junction
in between the perovskite and silicon subcells.
